DE102019129118A1 - Accumulator with an anti-theft device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Akkumulator, insbesondere Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, mit zumindest einer Batteriezelle (5), deren elektrische Kontakte (11) zur Durchführung von Lade- oder Entladevorgängen im Akkumulator elektrisch verschaltet sind, und mit einem Akkumulator-Steuergerät (1), mit dem die Lade- oder Entladevorgänge in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter, insbesondere Fahrbetriebsparameter oder Batterie-Parameter, steuerbar sind. Erfindungsgemäß weist die Batteriezelle (5) eine Diebstahlschutz-Einrichtung (15) mit einem Entlade-Baustein (31) auf, der mit den elektrischen Kontakten (11, 12) der Batteriezelle (5) elektrisch verbunden ist. Die Diebstahlschutz-Einrichtung (15) deaktiviert bei Vorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung den Entlade-Baustein (31). Bei Nichtvorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung aktiviert die Diebstahlschutz-Einrichtung (15) den Entlade-Baustein (31), so dass in einem Entlademodus die Batteriezelle (5) durch permanente Entladung unbrauchbar wird.The invention relates to an accumulator, in particular a traction battery of an electrically operated vehicle, with at least one battery cell (5), the electrical contacts (11) of which are electrically connected for carrying out charging or discharging processes in the accumulator, and with an accumulator control device (1) with which the charging or discharging processes can be controlled as a function of different parameters, in particular driving parameters or battery parameters. According to the invention, the battery cell (5) has an anti-theft device (15) with a discharge module (31) which is electrically connected to the electrical contacts (11, 12) of the battery cell (5). The anti-theft device (15) deactivates the discharge module (31) if the battery cell usage authorization is present. If a battery cell usage authorization is not available, the anti-theft device (15) activates the discharge module (31) so that in a discharge mode the battery cell (5) becomes unusable due to permanent discharge.
Description
Die Erfindung betrifft einen Akkumulator mit einer Diebstahlschutz-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Batteriezelle für einen solchen Akkumulator nach dem Anspruch 10 sowie ein Verfahren zum Diebstahlschutz nach dem Anspruch 11.The invention relates to an accumulator with an anti-theft device according to the preamble of
Die als Akkumulator arbeitende Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann aus einer Anzahl von Batteriemodulen aufgebaut sein, die in einem Batteriegehäuse angeordnet sind. Im Batteriemodul ist eine Anzahl von Batteriezellen zu einem Zellenverbund zusammengefasst, in dem die Batteriezellen in Reihe hintereinander gestapelt sind und miteinander verschaltet sind. Der Traktionsbatterie ist ein Batteriemanagementsystem mit einem Steuergerät zugeordnet, das Lade- und/oder Entladevorgänge der Traktionsbatterie in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern und von Traktionsbatterie-Parametern überwacht.The traction battery of an electrically operated vehicle, which operates as an accumulator, can be constructed from a number of battery modules which are arranged in a battery housing. In the battery module, a number of battery cells are combined to form a cell assembly in which the battery cells are stacked one behind the other in a row and are interconnected with one another. The traction battery is assigned a battery management system with a control unit which monitors charging and / or discharging processes of the traction battery as a function of driving parameters and traction battery parameters.
Um eine nicht autorisierte Verwendung der Traktionsbatterie zu unterbinden, sind Diebstahlschutz-Maßnahmen bekannt. Diese sind jedoch bauteilaufwendig und fertigungstechnisch aufwendig realisiert.Anti-theft measures are known to prevent unauthorized use of the traction battery. However, these are complex in terms of components and complex in terms of production technology.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Akkumulator, insbesondere eine Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, bereitzustellen, der im Hinblick auf einen Diebstahlschutz in einfacher Weise funktionell erweitert ist.The object of the invention is to provide an accumulator, in particular a traction battery of an electrically operated vehicle, which is functionally expanded in a simple manner with regard to theft protection.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1, des Anspruches 10 und des Anspruches 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of
Es ist hervorgehoben, dass die Erfindung sich auch auf Modulebene umsetzen lässt. Die Diebstahlschutz-Einrichtung wird in diesem Fall ebenfalls innerhalb des Batteriemoduls mit elektrischer Energie versorgt. Durch Entladen einer einzelnen Batteriezelle im Modul wird das System in einen unbalancierten Zustand versetzt. Dadurch sinkt der nutzbare Energieinhalt des Batteriemoduls. Würden alle Zellen gleichzeitig entladen werden, wäre das System noch im balancierten Zustand und könnte es im üblichen Operationsbereich genutzt werden.It is emphasized that the invention can also be implemented at the module level. In this case, the anti-theft device is also supplied with electrical energy within the battery module. By discharging a single battery cell in the module, the system is placed in an unbalanced state. This reduces the usable energy content of the battery module. If all cells were to be discharged at the same time, the system would still be in a balanced state and could be used in the normal operating area.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Batteriezelle mit einer Diebstahlschutz-Einrichtung versehen. Die in der Batteriezelle verbaute Diebstahlschutz-Einrichtung kann als ein Integrierter Schaltkreis (IC) mit einem Entlade-Baustein realisiert sein, der mit den elektrischen Kontakten der Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Bei Vorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung ist der Entlade-Baustein der Diebstahlschutz-Einrichtung deaktiviert und daher funktionslos. Demgegenüber aktiviert die Diebstahlschutz-Einrichtung bei Nichtvorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung den Entlade-Baustein. In diesem Fall wird die Batteriezelle in einem Entlademodus durch permanente Entladung unbrauchbar gemacht, was davor abschreckt, die Batteriezelle bzw. den Akkumulator zu stehlen. Es ist hervorzuheben, dass die Batteriezelle nicht zerstört wird, sondern reversibel unbrauchbar gemacht wird.According to the characterizing part of
In einer technischen Umsetzung kann die Diebstahlschutz-Einrichtung eine Auswerteeinheit aufweisen. Bei Nichtvorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung generiert die Auswerteeinheit ein Entladesignal, mit dem der Entlade-Baustein angesteuert wird, um den Entlademodus zu starten. Beispielhaft kann der Entlade-Baustein ein parallel zur Batteriezelle geschalteter Widerstand sein.In a technical implementation, the anti-theft device can have an evaluation unit. If the battery cell usage authorization is not available, the evaluation unit generates a discharge signal with which the discharge module is activated in order to start the discharge mode. For example, the discharge module can be a resistor connected in parallel to the battery cell.
Die Auswerteeinheit der Diebstahlschutz-Einrichtung kann in Kommunikationsverbindung mit einem Prüf-Baustein des Akkumulator-Steuergerätes sein. Im Prüf-Baustein des Akkumulator-Steuergerätes erfolgt eine Batteriezellen-Autorisierung, bei der der Prüf-Baustein prüft, ob eine Batteriezellen-Nutzungsberechtigung vorliegt oder nicht. Beispielhaft kann in der Diebstahlschutz-Einrichtung ein für jede Batteriezelle individualisierter Batteriezellen-Identifikationscode hinterlegt sein. Der Prüf-Baustein des Akkumulator-Steuergeräts prüft anhand des Batteriezellen-Identifikationscodes, ob eine Berechtigung bzw. Autorisierung vorliegt, die jeweilige Batteriezelle zu nutzen. Beispielhaft kann in dem Prüf-Baustein der Batteriezellen-Identifikationscode mit einer im Prüf-Baustein hinterlegten Liste aus Prüf-Identifikationscodes verglichen werden. Sofern der Batteriezellen-Identifikationscode mit einem der Prüf-Identifikationscodes übereinstimmt, erzeugt der Prüf-Baustein für jede Batteriezelle ein individuelles Berechtigungssignal B1, B2, B3, etc., das am Signaleingang der Auswerteeinheit anliegt. Bei Anliegen eines solchen Berechtigungssignals erkennt die Auswerteeinheit das Vorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung.The evaluation unit of the anti-theft device can be in communication with a test module of the accumulator control device. A battery cell authorization takes place in the test module of the accumulator control device, during which the test module checks whether a battery cell usage authorization is present or not. For example, an individualized battery cell identification code for each battery cell can be stored in the anti-theft device. The test module of the accumulator control device uses the battery cell identification code to check whether there is an authorization or authorization to use the respective battery cell. For example, the battery cell identification code in the test module can be compared with a list of test identification codes stored in the test module. If the battery cell identification code matches one of the test identification codes, the test module generates an individual authorization signal B 1 , B 2 , B 3 , etc. for each battery cell, which is applied to the signal input of the evaluation unit. When such an authorization signal is present, the evaluation unit recognizes the presence of a battery cell usage authorization.
Ein wesentlicher Kern der Erfindung betrifft die Art und Weise, wie die Auswerteeinheit in der Diebstahlschutz-Einrichtung ein Nichtvorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung (das heißt einen Batteriezellen-Diebstahl) erkennt: Hierzu kann der Auswerteeinheit der Diebstahlschutz-Einrichtung ein Timer-Baustein zugeordnet sein, dessen Zähler von einem Zeit-Startwert bis auf null abzählt. Die Auswerteeinheit kann bei Vorliegen des Berechtigungssignals (das heißt Berechtigungssignal liegt am Signaleingang der Auswerteeinheit an) einen Reset-Modus aktivieren. Im Reset-Modus wird der Timer-Baustein auf seinen Zeit-Startwert zurückgesetzt, so dass der Zähler erneut vom Zeit-Startwert bis auf null abzählt. Ein Nichtvorliegen einer Batteriezellen-Nutzungsberechtigung (das heißt zum Beispiel bei Verwendung einer gestohlenen Batteriezelle) erkennt die Auswerteeinheit, sofern der Zähler den Zählwert von null erreicht hat. In diesem Fall hat der Zähler des Timer-Bausteins unterbrechungsfrei vom Zeit-Startwert bis auf null abgezählt, und zwar ohne dass in einem Reset-Modus der Zähler auf den Zeit-Startwert zurückgesetzt worden ist.An essential core of the invention relates to the way in which the evaluation unit in the Theft protection device detects a lack of battery cell usage authorization (i.e. battery cell theft): For this purpose, the evaluation unit of the theft protection device can be assigned a timer module whose counter counts down from a time start value to zero. The evaluation unit can activate a reset mode when the authorization signal is present (that is, authorization signal is present at the signal input of the evaluation unit). In the reset mode, the timer module is reset to its start time value so that the counter counts down again from the start time value to zero. The evaluation unit recognizes the absence of a battery cell usage authorization (that is to say, for example, when using a stolen battery cell) if the counter has reached the count value of zero. In this case, the counter of the timer module has counted down from the start time value to zero without interruption, without the counter being reset to the start time value in a reset mode.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Auswerteinheit ein Ladezustand-Ermittlungsbaustein zugeordnet sein. Dieser erfasst den aktuellen Ladezustand oder einen damit korrelierenden Parameter (etwa Spannung) der Batteriezelle. Mit Hilfe des Ladezustand-Ermittlungsbausteins kann eine die Batteriezelle beschädigende Tiefentladung während des Entlademodus unterbunden werden. Hierzu wird in der Auswerteeinheit der aktuelle Ladezustand der Batteriezelle mit einem in der Auswerteinheit hinterlegten unteren Ladezustand-Grenzwert verglichen. Sobald der aktuelle Ladezustand den, in der Auswerteeinheit hinterlegten unteren Ladezustand-Grenzwert unterschreitet, generiert die Auswerteinheit ein Deaktivierungssignal, mit dem der Endladebaustein angesteuert wird, um den Entladevorgang zu unterbrechen.In a further embodiment variant, the evaluation unit can be assigned a state of charge determination module. This records the current state of charge or a correlating parameter (such as voltage) of the battery cell. With the aid of the state of charge determination module, a deep discharge that would damage the battery cell can be prevented during the discharge mode. For this purpose, the current charge state of the battery cell is compared in the evaluation unit with a lower charge state limit value stored in the evaluation unit. As soon as the current state of charge falls below the lower limit value stored in the evaluation unit, the evaluation unit generates a deactivation signal with which the discharge module is activated in order to interrupt the discharge process.
Die Diebstahlschutz-Einrichtung ist als ein autonomes System in der Batteriezelle verbaut und innerhalb der Batteriezelle an den positiven und negativen Kontakt angeschlossen. Die Diebstahlschutz-Einrichtung wird somit - je nach Zellentechnologie - durch eine Zellenspannung von ca. 1,5V bis 4,5V versorgt. Im Hinblick auf eine energiesparende Signalverarbeitung ist es bevorzugt, wenn das am Signaleingang der Auswerteeinheit anliegende Berechtigungssignal (erzeugt durch den Prüf-Baustein des Akkumulator-Steuergeräts) erst verarbeitet wird, sobald der aktuelle Ladezustand der Batteriezelle einen, in der Auswerteinheit hinterlegten oberen Ladezustand-Grenzwert überschreitet. In diesem Fall bleibt das am Signaleingang der Auswerteeinheit anliegende Berechtigungssignal somit signaltechnisch unbearbeitet, wenn der aktuelle Ladezustand der Batteriezelle kleiner ist als der in der Auswerteeinheit hinterlegte obere Ladezustand-Grenzwert.The anti-theft device is built into the battery cell as an autonomous system and connected to the positive and negative contacts within the battery cell. The anti-theft device is thus - depending on the cell technology - supplied by a cell voltage of approx. 1.5V to 4.5V. With regard to energy-saving signal processing, it is preferred if the authorization signal present at the signal input of the evaluation unit (generated by the test module of the accumulator control unit) is only processed as soon as the current charge state of the battery cell reaches an upper charge state limit value stored in the evaluation unit exceeds. In this case, the authorization signal present at the signal input of the evaluation unit remains unprocessed in terms of signaling when the current charge state of the battery cell is lower than the upper charge state limit value stored in the evaluation unit.
Im Hinblick auf eine weitere Energieeinsparung ist es bevorzugt, wenn die Diebstahlschutz-Einrichtung unter bestimmten Voraussetzungen in einem Stromspar-Modul arbeiten kann. Bevorzugt arbeitet die Diebstahl-Schutzeinrichtung im Stromsparmodus, sofern der aktuelle Ladezustand größer als der untere Ladezustand-Grenzwert. Im Stromsparmodus können im Wesentlichen sämtliche Komponenten der Diebstahlschutz-Einrichtung deaktiviert sein und lediglich der Timer-Baustein abzählen.With regard to further energy savings, it is preferred if the anti-theft device can work in a power-saving module under certain conditions. The anti-theft device preferably works in power-saving mode if the current state of charge is greater than the lower limit value of the state of charge. In the power-saving mode, essentially all components of the anti-theft device can be deactivated and only the timer module can be counted.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in einem Blockschaltdiagramm grob vereinfacht ein Batteriemanagementsystem mit einem angedeuteten Batteriemodul eines Akkumulators; -
2 in einem weiteren Blockschaltdiagramm die Programmbausteine der Diebstahlschutz-Einrichtung in der Batteriezelle; und -
3 ein Fließbild, anhand dem unterschiedliche Betriebsarten der Diebstahlschutz-Einrichtung veranschaulicht sind, nämlich Entlademodus, Stromsparmodus und Reset-Modus.
-
1 in a block diagram, roughly simplified, a battery management system with an indicated battery module of an accumulator; -
2 in a further block diagram, the program modules of the anti-theft device in the battery cell; and -
3 a flowchart showing the different operating modes of the anti-theft device are illustrated, namely discharge mode, energy-saving mode and reset mode.
In der
Wie aus der
Der jeweilige Batteriezellen-Identifikationscode ID1, ID2, ID3 kann (rein exemplarisch) über die Kommunikationsleitung
Im Prüf-Baustein
Anhand der
Für den Fall, dass der Zähler des Timer-Bausteins
Der Ladezustand-Ermittlungsbaustein
Im Hinblick auf eine einwandfreie Signalverarbeitung in der Diebstahlschutz-Einrichtung
Bei Anliegen des Berechtigungssignals B am Signaleingang
Sobald die Auswerteeinheit
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Akkumulator-SteuergerätAccumulator control unit
- 33
- BatteriemodulBattery module
- 55
- BatteriezellenBattery cells
- 66th
- ZellengehäuseCell housing
- 77th
- Kathodecathode
- 99
- Anodeanode
- 11, 1211, 12
- KontaktleitungenContact lines
- 1313th
- Zellen-PoleCell Pole
- 1515th
- Diebstahlschutz-EinrichtungAnti-theft device
- 16, 1716, 17
- KommunikationsleitungenCommunication lines
- 1919th
- Prüf-BausteinTest module
- 2323
- Timer-BausteinTimer module
- 2525th
- Ladezustand-ErmittlungsbausteinState of charge determination module
- 2727
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 2929
- SignaleingangSignal input
- 3131
- Entlade-BausteinDischarge block
- IDxIDx
- Batteriezellen-IdentifikationscodesBattery cell identification codes
- IDPXIDPX
- Prüf-IdentifikationscodesVerification identification codes
- SRSR
- Reset-SignalReset signal
- SDSD
- DeaktivierungssignalDeactivation signal
- SOCistSOCist
- Ist-LadezustandActual state of charge
- SOCmaxSOCmax
- oberer Ladezustands-Grenzwertupper state of charge limit value
- SOCminSOCmin
- unterer Ladezustands-Grenzwertlower state of charge limit value
- BxBx
- BerechtigungssignaleAuthorization signals
- t1t1
- Zeit-StartwertTime start value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- WO 2019/023678 A1 [0004]WO 2019/023678 A1 [0004]
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