DE102018221687A1 - Batterie und Verfahren zum Betrieb einer Solchen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (4) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2), mit Lastanschlüssen (10) für einen Verbraucher (18), und mit mindestens einer zu den Lastanschlüssen (10) in Serie geschalteter Zellengruppe (6), welche eine Anzahl an zueinander in Serie und/oder zueinander parallel geschaltete Batteriezellen (8) aufweist, sowie mit einem Halbleiterschalter (14), wobei der Halbleiterschalter (14) in einen Strompfad (12) zwischen der mindestens einen Zellengruppe (6) und einem der Lastanschlüsse (10) oder zwischen zwei in Serie geschalteten Zellengruppen (6) geschaltet ist, und wobei der Halbleiterschalter (14) mittels einer Steuereinheit (16) derart angesteuert ist, dass ein an den Lastanschlüssen (10) bereitgestellter Batteriestrom (I) auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Stromwert (I) eingestellt oder auf einen Schwellwert (I) aktiv begrenzt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Batterie (4) sowie ein Kraftfahrzeug (2) mit einer solchen Batterie (4).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Batterie Lastanschlüsse für einen Verbraucher und mindestens eine zu den Lastanschlüssen in Serie geschaltete Zellengruppe mit einer Anzahl an zueinander in Serie und/oder zueinander parallel geschaltete Batteriezellen aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
  • Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Batterie (Traktions-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Batterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle) und/oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle), welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Batterie zwischenspeichert, zu verstehen.
  • Für solche Batterien sind zum Schutz eines an die Batterie angeschlossenen Verbrauchers sowie zum Schutz von Bauteilen der Batterie selbst eine Spannungsobergrenze und/oder eine Stromobergrenze für die von der Batterie bereitgestellte Spannung bzw. für den von der Batterie bereitgestellten (Batterie-) Strom vorgesehen. Hierzu weist die Batterie ein (Batterie-) Steuergerät auf, welches mit einem Verbrauchersteuergerät, insbesondere einem Motorsteuergerät, kommuniziert. Dabei werden beispielsweise sowohl vom Batteriesteuergerät als auch vom Motorsteuergerät die Stromobergrenze und/oder die Spannungsobergrenze herabgesetzt, mit anderen Worten mit einem Sicherheitsaufschlag versehen, um einen sicheren Betrieb zu realisieren.
  • Beispielsweise weist die Batterie zusätzlich eine Schutzvorrichtung auf, welche als ein Schütz ausgebildet ist, wobei diese bei einem Überschreiten zumindest einer der Grenzwerte auslöst. Nachteilig führt ein solches Auslösen zu einem Liegenbleiber des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Batterie anzugeben. Insbesondere sollen ein zuverlässiger und/oder ein sicherer Betrieb der Batterie und vorzugsweise zusätzlich eines an die Batterie angeschlossenen Verbrauchers realisiert sein. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie angegeben werden.
  • Bezüglich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und bezüglich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Batterie sinngemäß auch für das Verfahren sowie für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
  • Die Batterie ist für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Die Batterie weist Lastanschlüsse für einen Verbraucher auf. Die Batterie ist dabei insbesondere zur Versorgung eines Hochvoltverbrauchers vorgesehen, welcher eine Betriebsspannung größer oder gleich 60V verwendet. Ein solcher Hochvoltverbraucher ist insbesondere ein Antriebsstrang mit einem Wechselrichter und mit einem Elektromotor, weshalb die Batterie auch als Traktions-Batterie bezeichnet wird. Des Weiteren weist die Batterie mindestens eine zwischen die Lastanschlüsse und in mit diesen in Serie geschaltete Zellengruppe auf. Die jeweilige Zellengruppe weist dabei eine Anzahl an zueinander in Serie und/oder zueinander parallel geschaltete Batteriezellen auf.
  • Zudem weist die Batterie einen Halbleiterschalter auf, welcher in einen Strompfad zwischen der mindestens einen Zellengruppe und einem der Lastanschlüsse geschaltet ist. Alternativ hierzu ist der Halbleiterschalter zwischen zwei in Serie geschaltete Zellengruppen geschaltet. Allenfalls ist der Halbleiterschalter dabei mittels einer Steuereinheit derart angesteuert, dass ein an den Lastanschlüssen bereitgestellter Batteriestrom auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Stromwert eingestellt ist, oder alternativ aktiv auf einen Schwellenwert begrenzt ist. Unter einer „aktiven“ Strombegrenzung wird hierbei verstanden, dass der elektrische Widerstand des strombegrenzenden Schaltelements eingestellt, d.h. geregelt oder gesteuert ist.
  • Ein solcher Halbleiterschalter weist einen mittels einer an dessen Steuereingang angelegten Steuerspannung, insbesondere stufenlos (kontinuierlich), einstellbaren Widerstand auf. Infolgedessen wird der Batteriestrom durch eine entsprechende Einstellung des elektrischen Widerstandes des Halbleiterschalters eingestellt, also gesteuert oder geregelt. Alternativ hierzu ist der Halbleiterschalter derart angesteuert, dass der Batteriestrom einen Schwellenwert nicht überschreitet, wobei der Halbleiterschalter bei einem Batteriestrom, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, in einer Schließstellung, also auf einen minimalen Widerstand eingestellt, ist.
  • Aufgrund des Einstellens des Batteriestroms mittels des Halbleiterschalters bzw. aufgrund der aktiven Beschränkung des Batteriestroms mittels des Halbleiterschalters auf den Schwellenwert ist der eingangs erwähnte Sicherheitsaufschlag der Steuereinheit und/oder einer Verbrauchersteuereinheit für eine Stromobergrenze des Batteriestroms und/oder für eine Spannungsobergrenze für die von der Batterie bereitgestellte Spannung nicht notwendig. Geeigneterweise wird ein solcher Sicherheitsaufschlag auch nicht weiter verwendet. Infolgedessen ist es vorteilhaft ermöglicht, dass eine höhere Leistung und/oder ein höherer Batteriestorm von der Batterie bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise sind das Steuergerät und/oder der Halbleiterschalter innerhalb eines Gehäuses der Batterie angeordnet.
  • In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Halbleiterschalter als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), zweckmäßigerweise als ein Leistungs-MOSFET (Power-MOSFET), ausgebildet. Dabei ist dieser vorzugsweise als ein selbstsperrender MOSFET ausgebildet. Auf diese Weise ist auch bei einem Ausfall oder bei einem Defekt der Steuereinheit ein undefinierter Batteriestrom und eine möglicherweise damit einhergehende Beschädigung des Verbrauchers vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest erheblich reduziert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Lastanschlüsse und die mindestens eine Zellengruppe mittels Hochvoltleitungen miteinander verbunden, wobei ein mit der Steuereinheit verbundener Leitungstemperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Hochvoltleitungen vorgesehen ist. Weiterhin ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein mit der Steuereinheit verbundener Stromsensor, beispielsweise zwischen den Zellgruppen oder insbesondere im Strompfad zwischen der mindestens einen Zellengruppe und einem der Lastanschlüsse, zur Erfassung des Batteriestroms vorgesehen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest zwischen einem der Lastanschlüsse und der mindestens einen Zellengruppe, vorzugsweise zwischen jedem Lastanschluss und der Zellengruppe, ein elektrischer oder elektromagnetischer Schalter geschaltet. Dieser Schalter ist insbesondere als ein Schütz ausgeführt. Dieser löst aus, wird also stromsperrend geschaltet, sofern eine Stromstärke des Batteriestroms einen vorgegebenen (Fehlerstrom-)Wert übersteigt. Der Schalter dient somit insbesondere dem Schutz der Batterie und/oder des Verbrauchers beispielsweise bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit, bei einer Fehlfunktion des Halbleiterschalters, beispielsweise aufgrund einer Beschädigung, oder im Crashfall. Zweckmäßigerweise ist der Schwellenwert des Halbleiterschalters kleiner als der Fehlerstromwert des Schalters. Infolge dessen sperrt bei einem Anstieg der Stromstärke des Batteriestroms zunächst der Halbleiterschalter. Insbesondere ist es auf diese Weise ermöglicht, dass der, insbesondere als Schütz ausgebildete, Schalter im Normalbetrieb lastfrei geschaltet ist, so dass dieser vergleichsweise wenig belastet wird und entsprechend geringer dimensionert werden kann.
  • Gemäß einem Verfahren zum Betrieb der Batterie, welcher gemäß einer der oben dargelegten Varianten ausgebildet ist, wird der vorzugsweise als MOSFET ausgebildete Halbleiterschalter in eine Offenstellung, in eine Schließstellung oder in eine Zwischenstellung gesteuert, bei welcher Zwischenstellung der Batteriestrom auf den Stromwert eingestellt ist bzw. bei welcher Zwischenstellung der Batteriestrom auf den Schwellwert aktiv begrenzt ist. Dies wird, wie oben dargelegt, durch eine Änderung des elektrischen Widerstands des Halbleiterschalters, insbesondere mittels einer entsprechenden Spannung an dessen Steuereingang, bewirkt.
  • Unter einer Offenstellung ist dabei ein stromsperrender Zustand des Halbleiterschalters zu verstehen, also ein Zustand mit dem größtmöglich einstellbaren elektrischen Widerstand des Halbleiterschalters. Unter einer Schließstellung ist dabei ein stromleitender Zustand des Halbleiterschalters zu verstehen, also ein Zustand mit dem kleinstmöglich einstellbaren elektrischen Widerstand des Halbleiterschalters. Entsprechend ist unter einer Zwischenstellung des Halbleiterschalters ein Zustand mit einem elektrischen Widerstand zu verstehen, welcher einen Betrag zwischen dem Betrag des elektrischen Widerstands in der Offenstellung und dem Betrag des elektrischen Widerstands in der Schließstellung aufweist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Batteriestrom mittels des Halbleiterschalters in Abhängigkeit einer erfassten und/oder bestimmten Temperatur der Hochvoltleitungen eingestellt bzw. aktiv begrenzt. Zur Erfassung der Temperatur wird hierzu insbesondere der Leitungstemperatursensor herangezogen. Alternativ hierzu wird die Temperatur der Hochvoltleitungen anhand eines zeitlichen Verlaufs des Batteriestroms abgeleitet (bestimmt). Der zeitliche Verlauf des Batteriestromes wird dabei insbesondere mittels des Stromsensors bestimmt. Auf diese Weise ist eine Beschädigung der Hochvoltleitungen durch eine, insbesondere aufgrund des Batteriestroms hervorgerufene, vergleichsweise hohe Temperatur verhinderbar. Eine Schmelzsicherung, welche beispielsweise in die Hochvoltleitungen integriert ist, ist infolgedessen nicht notwendig. Geeigneter Weise werden die Hochvoltleitungen entsprechend ohne eine solche Schmelzsicherung ausgeführt, weshalb Kosten für die Hochvoltleitungen verringert sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Batteriestrom mittels des Halbleiterschalters im Zuge eines Vorladens eines an die Lastanschlüsse angeschlossenen Verbrauchers aktiv begrenzt. Auf diese Weise sind vergleichsweise hohe Ladeströme beim Anschließen eines (kapazitiven) Verbrauchers verhindert, sodass eine Beschädigung aufgrund der hohen Ströme der Batterie und/oder des Verbrauchers vermieden ist.
  • In analoger Weise ist es ebenfalls ermöglicht, insbesondere in einem Produktionsmodus der Batterie, Komponenten an die Lastanschlüsse und/oder die Verbraucher anzuschließen, deren Kapazitäten nicht vorgeladen wurden. Aufgrund der aktiven Strombegrenzung des Batteriestroms mittels des Halbleiterschalters sind somit (Vorlade-)Batterieströme mit vergleichsweise hohen Stromstärken vermieden, welche die Batterie und/oder den Verbraucher beschädigen können.
  • Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung wird der Batteriestrom beispielsweise zwischen den Zellengruppen, insbesondere jedoch im Strompfad, als Ist-Wert erfasst und der Ist-Wert an die Steuereinheit geführt. Dabei wird der Batteriestrom, insbesondere anhand des erfassten Ist-Wertes, auf den vorgegebenen Strompfad eingestellt. Zusätzlich oder alternativ hierzu wird der Ist-Wert mit dem Schwellwert verglichen. Bei einer Abweichung, insbesondere bei einer Überschreitung des Schwellwerts durch den Ist-Wert, wird der Batteriestrom auf den Schwellwert eingestellt. Zusammenfassend erfolgt eine Regelung des Batteriestroms anhand des Erfassens des Batteriestroms und anhand des Einstellens des Batteriestroms auf den Stromwert bzw. auf den Schwellenwert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine (Traktions-)Batterie in einer der oben dargelegten Varianten auf. Vorzugsweise ist die Batterie dabei nach dem Verfahren in einer der oben dargelegten Varianten betrieben.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, wobei die Batterie zwei Lastanschlüsse und zwei zwischen den Lastanschlüssen und mit diesen in Serie geschalteten Zellengruppen aufweist, und wobei ein Halbleiterschalter in einen Strompfad zwischen den Lastanschlüssen und einer der Zellengruppen geschaltet ist, und
    • 2 das Kraftfahrzeug mit einer alternativen Ausgestaltung der Batterie, wobei der Halbleiterschalter zwischen die beiden Zellengruppen geschaltet ist.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Batterie 4 schematisch dargestellt. Die Batterie 4 weist hier mehrere Zellengruppen 6 auf, von denen zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei dargestellt sind. Jede der Zellengruppen 6 umfasst eine Anzahl an zueinander in Serie und parallel zueinander geschaltete Batteriezellen 8, wobei hier beispielhaft jede der Zellengruppen 6 zwei zueinander in Serie geschaltete Batteriezellen 8 aufweist, welche wiederum zu zwei weiteren zueinander in Serie geschalteten Batteriezellen 8 parallel geschaltet sind.
  • Weiterhin weist die Batterie 4 zwei Lastanschlüsse 10 auf. Dabei sind die Zellengruppen 6 zwischen die Lastanschlüsse 10 und in Serie zu diesen geschaltet. In einen Strompfad 12 zwischen den Zellengruppen 6 und dem Lastanschluss 10, welcher phasenanschlussseitig mit den Zellengruppen 6 verbunden ist, ist ein als selbstsperrender MOSFET ausgebildeter Halbleiterschalter 14 der Batterie 4 geschaltet, wobei der MOSFET drain-seitig mit dem Lastanschluss 10 und sourceseitig mit der Zellengruppe 6 verbunden ist. Der Halbleiterschalter 14 ist gateseitig, also Steuereingangsseitig, mit einer Steuereinheit 16 verbunden, wobei die Steuereinheit 16 zum Ansteuern des Halbleiterschalters 14 ein als eine Spannung ausgebildetes Steuersignal US an den Halbleiterschalter 14 ausgibt. Der Halbleiterschalter 14 ist dabei derart angesteuert, dass ein an den Lastanschlüssen 10 bereitgestellter Batteriestrom IB auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen, und der Steuereinheit 16 zugeführten Stromwert Isoll eingestellt oder auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen und der Steuereinheit 16 zugeführten Schwellwert Imax aktiv begrenzt ist. Hierzu wird der Halbleiterschalter 14 in eine Offenstellung oder in eine Schließstellung oder in eine den Batteriestrom IB auf den Stromwert Isoll einstellende bzw. auf den Schwellwert Imax begrenzende Zwischenstellung gesteuert.
  • Zum Einstellen bzw. zum aktiven Begrenzen des Batteriestroms IB ist ein mit der Steuereinheit 16 verbundener Stromsensor 17 in den Strompfad 12 geschaltet. Dieser erfasst den Batteriestrom IB und führt einen den Batteriestrom repräsentierenden Ist-Wert Iist an die Steuereinheit 16. Der Batteriestrom IB wird entsprechend des der Steuereinheit zugeführten und anhand des Ist-Wertes Iist vorgegebenen Stromwerts Isoll eingestellt, also geregelt. Zusätzlich oder alternativ wird der Ist-Wert Iist mit dem Schwellwert Imax verglichen. Bei einer Abweichung, insbesondere bei einer Überschreitung des Schwellenwertes Imax durch den Batteriestrom IB , wird der Batteriestrom IB auf den Schwellwert (Imax ) geregelt.
  • An den Lastanschlüssen 10 ist ein Verbraucher 18, insbesondere ein kapazitiver Verbraucher oder ein Antriebsstrang mit einem Wechselrichter und mit einem Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2, angeschlossen. Im Zuge des Anschließens des Verbrauchers 18 an die Lastanschlüsse 10 sowie bei einem Vorladen des an die Lastanschlüsse 10 angeschlossenen Verbrauchers 18 wird der Batteriestrom IB mittels des Halbleiterschalters 14 aktiv begrenzt, so dass eine Beschädigung des Verbrauchers 18 und/oder der Batterie 4 verhindert ist.
  • Die Zellengruppen 6 und die Lastanschlüsse 10 sind mittels als Hochvoltleitungen 20 ausgebildeten elektrischen Leitungen verbunden. Dabei ist in den Strompfad 12 ein Leitungstemperatursensor 22 geschaltet, welcher die Temperatur der Hochvoltleitungen 12 erfasst und einen diese Temperatur repräsentierenden Temperaturwert T der Steuereinheit 16 zuführt. Der Batteriestrom IB wird mittels des Halbleiterschalters 14 in Abhängigkeit der mittels des Leitungstemperatursensors 22 erfassten Temperatur der Hochvoltleitungen 20, also in Abhängigkeit des Temperaturwertes T, eingestellt bzw. aktiv begrenzt.
  • Des Weiteren ist zwischen den Lastanschlüssen 10 und den Zellengruppen 6 jeweils ein als Schütz ausgebildeter Schalter 24 zum Schutz der Batterie 4 und des Verbrauchers 18 vor vergleichsweise hohen Batterieströmen IB geschaltet. Dieser löst bei Überschreiten eines einen Fehlerstrom repräsentierenden Stromstärkewerts durch den Batteriestroms IB aus.
  • In der 2 ist eine Alternative Ausgestaltung der Batterie 4 dargestellt. Im Unterschied zu der in der 1 gezeigten Variante ist hier der Halbleiterschalter 14 zwischen die beiden Zellengruppen 6 geschaltet. Auf diese Weise sind die beiden Zellengruppen 6 mittels des Halbleiterschalters 14 voneinander trennbar, so dass, insbesondere im Fehlerfall oder in einem Crashfall, mittels des Halbleiterschalters 14 die von der jeweiligen Zellengruppe 6 bereitgestellte Spannung freigeschaltet wird.
  • Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante, gemäß welcher mindestens drei Zellengruppen 6 in Serie zwischen die Lastanschlüsse 10 geschaltet sind, ist zwischen jeder der Zellengruppen 6 ein Halbleiterschalter 14 geschaltet. Auf diese Weise sind die Zellengruppen 6 mittels der Halbleiterschalter 14 voneinander trennbar, so dass, insbesondere im Fehlerfall oder in einem Crashfall, mittels des Halbleiterschalters 14 die von der jeweiligen Zellengruppe 6 bereitgestellte Spannung freigeschaltet wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Batterie
    6
    Zellengruppe
    8
    Batteriezelle
    10
    Lastanschluss
    12
    Strom pfad
    14
    Halbleiterschalter
    16
    Steuereinheit
    17
    Stromsensor
    18
    Verbraucher
    20
    Hochvoltleitungen
    22
    Leitungstemperatursensor
    24
    Schalter/Schütz
    IB
    Batteriestrom
    Iist
    Ist-Wert
    Imax
    Schwellwert
    Isoll
    Stromwert
    US
    Steuersignal
    T
    Temperaturwert

Claims (10)

  1. Batterie (4) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2), mit Lastanschlüssen (10) für einen Verbraucher (18), und mit mindestens einer zu den Lastanschlüssen (10) in Serie geschalteter Zellengruppe (6), welche eine Anzahl an zueinander in Serie und/oder zueinander parallel geschaltete Batteriezellen (8) aufweist, sowie mit einem Halbleiterschalter (14), - wobei der Halbleiterschalter (14) in einen Strompfad (12) zwischen der mindestens einen Zellengruppe (6) und einem der Lastanschlüsse (10) oder zwischen zwei in Serie geschalteten Zellengruppen (6) geschaltet ist, und - wobei der Halbleiterschalter (14) mittels einer Steuereinheit (16) derart angesteuert ist, dass ein an den Lastanschlüssen (10) bereitgestellter Batteriestrom (IB) auf einen vorgebbaren oder vorgegebenen Stromwert (Isoll) eingestellt oder auf einen Schwellwert (Imax) aktiv begrenzt ist.
  2. Batterie (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (14) ein MOSFET, insbesondere ein Leistungs-MOSFET, ist
  3. Batterie (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastanschlüsse (10) und die mindestens eine Zellengruppe (6) mittels Hochvoltleitungen (20) miteinander verbunden sind, wobei ein mit der Steuereinheit (16) verbundener Leitungstemperatursensor (22) zum Erfassen der Temperatur der Hochvoltleitungen (20) vorgesehen ist.
  4. Batterie (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Steuereinheit (16) verbundener Stromsensor (17), insbesondere im Strompfad (12), zur Erfassung des Batteriestroms (IB) vorgesehen ist.
  5. Batterie (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen einem der Lastanschlüsse (10) und der Zellengruppe (6) ein elektrischer oder elektromagnetischer Schalter (24), insbesondere ein Schütz, geschaltet ist.
  6. Verfahren zum Betrieb einer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildeten Batterie (4), wobei der Halbleiterschalter (14) in eine Offenstellung oder in eine Schließstellung oder in eine den Batteriestrom (IB) auf den Stromwert (Isoll) einstellende bzw. auf den Schwellwert (Imax) begrenzende Zwischenstellung gesteuert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriestrom mittels des Halbleiterschalters (14) in Abhängigkeit einer erfassten und/oder bestimmten Temperatur der Hochvoltleitungen (20) eingestellt bzw. aktiv begrenzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Halbleiterschalters (14) der Batteriestrom (IB) im Zuge eines Anschließens des Verbrauchers (18) und/oder im Zuge eines Vorladens des an die Lastanschlüsse (10) angeschlossenen Verbrauchers (18) aktiv begrenzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriestrom (IB), insbesondere im Strompfad (12), als Ist-Wert (Iist) erfasst und der Ist-Wert (Iist) an die Steuereinheit (16) geführt wird, wobei der Batteriestrom (IB) auf den vorgegebenen Stromwert (Isoll) eingestellt und/oder der Ist-Wert (Iist) mit dem Schwellwert (Imax) verglichen und bei einer Abweichung der Batteriestrom (IB) auf den Schwellwert (Imax) eingestellt wird.
  10. Kraftfahrzeug (2) mit einer Batterie (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Batterie (4) insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 betrieben ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114030357A (zh) * 2021-07-14 2022-02-11 山西赛坦科技有限公司 一种防止bms回充过流的控制装置及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011118716A1 (de) * 2011-11-16 2013-05-16 Audi Ag Speichersystem für elektrische Energie und Verfahren zum Entladen und Laden eines derartigen Speichersystems
US20130335026A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 GM Global Technology Operations LLC Battery parallel balancing circuit
DE102016212557A1 (de) * 2016-07-11 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem zum Versorgen eines Spannungsnetzes mit elektrischer Energie

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011118716A1 (de) * 2011-11-16 2013-05-16 Audi Ag Speichersystem für elektrische Energie und Verfahren zum Entladen und Laden eines derartigen Speichersystems
US20130335026A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 GM Global Technology Operations LLC Battery parallel balancing circuit
DE102016212557A1 (de) * 2016-07-11 2018-01-11 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem zum Versorgen eines Spannungsnetzes mit elektrischer Energie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114030357A (zh) * 2021-07-14 2022-02-11 山西赛坦科技有限公司 一种防止bms回充过流的控制装置及控制方法

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