DE102019201759A1

DE102019201759A1 - Batterieeinheit und Verfahren zum Betrieb einer Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102019201759A1
Application number: DE102019201759.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lemke; Jens Koerner; Bjoern Keppler; Manuel Hohenauer; Manuel Fuchs; Ronny Groschke; Christian WILHELM; Klaus-Jürgen Schuler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-11-14
Also published as: US20210156924A1; DE102019201968A1; EP3791193A1; WO2019214998A1; CN112041692A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit (10) zur Verwendung an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Batteriemodul (20) zur Erzeugung einer ersten Spannung, welche zwischen einem positiven Pol (12) und einem negativen Pol (11) anliegt, einen Batteriesensor (52), welcher mit dem negativen Pol (11) elektrisch verbunden ist, und ein Steuerelement (30), welches einen ersten Anschluss (31) aufweist, der mit dem positiven Pol (12) elektrisch verbunden ist, und welches einen Gleichspannungswandler (35) umfasst. Der Gleichspannungswandler (35) generiert in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Batteriemoduls (20) eine zweite Spannung, welche zwischen einem zweiten Anschluss (32) des Steuerelements (30) und dem negativen Pol (11) anliegt, und der Batteriesensor (52) ist mit dem zweiten Anschluss (32) elektrisch verbunden, wobei der Batteriesensor (52) Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol (11) fließt, aufweist, oder wobei der Batteriesensor (52) einen Shunt-Sensor umfasst und mit einem Steuergerät verbunden ist, welches Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol (11) fließt, aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit (10) an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von der Zustandsgröße des Batteriemoduls (20) die zweite Spannung von dem Gleichspannungswandler (35) des Steuerelements (30) generiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit zur Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Batteriemodul zur Erzeugung einer ersten Spannung, welche zwischen einem positiven Pol der Batterieeinheit und einem negativen Pol der Batterieeinheit anliegt, einen Batteriesensor, welcher mit dem negativen Pol elektrisch verbunden ist, und ein Steuerelement, welches einen ersten Anschluss aufweist, der mit dem positiven Pol elektrisch verbunden ist, und welches einen Gleichspannungswandler umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
In konventionellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden in der Regel Blei-Säure-Batterien als Energiespeicher in einem 12V-Bordnetz eingesetzt. Eine solche Blei-Säure-Batterie, welche einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist, dient unter anderem als Starterbatterie zum Starten des Verbrennungsmotors. Das Bordnetz und dessen Funktionalitäten sind auf die Eigenschaften der Blei-Säure-Batterie, beispielsweise Innenwiderstand, Lade-Entladekennlinie sowie Leerlaufspannung, abgestimmt. Es sind auch Bordnetze von Kraftfahrzeugen mit anderen Nennspannungen, beispielsweise 24V, bekannt.
Wichtig ist hierbei eine korrekte Erkennung des Zustands der Blei-Säure-Batterie in dem Kraftfahrzeug. Der Zustand, insbesondere der Ladezustand, der Blei-Säure-Batterie wird von dem Kraftfahrzeug als Basis für Funktionen eines Energiemanagements genutzt und kann daher das Fahrzeugverhalten sowie die Verfügbarkeit bei einer fehlerhaften Erkennung massiv negativ beeinflussen. Auch sicherheitsrelevante Funktionalitäten des Kraftfahrzeugs können davon betroffen sein.
Typischerweise übernimmt ein Batteriesensor, welcher an den negativen Pol und an den positiven Pol der Blei-Säure Batterie angeschlossen ist, die Erkennung des Zustands der Blei-Säure-Batterie. Der Batteriesensor misst dabei unter anderem einen durch die Blei-Säure-Batterie fließenden Strom sowie eine an den Polen der Blei-Säure-Batterie anliegende Spannung. Aus den gemessenen Werten ermittelt der Batteriesensor insbesondere den Ladezustand und die Alterung der Blei-Säure Batterie.
Bei Ausfall einer Blei-Säure Batterie kann es vorteilhaft sein, diese durch eine Lithium-Ionen-Batterie zu ersetzen. Eine Lithium-Ionen-Batterie weist jedoch aufgrund der unterschiedlichen Technologie andere Eigenschaften auf als eine Blei-Säure-Batterie. Hierzu zählen unter anderem ein niedrigerer Innenwiderstand und insbesondere ein anderer Zusammenhang zwischen Ladezustand und Ausgangsspannung. Beispielsweise wäre ein von dem in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Batteriesensor ermittelter Ladezustand somit fehlerhaft.
Eine Lithium-Ionen-Batterie müsste demnach bei einem Austausch nicht nur die konventionelle Blei-Säure-Batterie, sondern auch den Batteriesensor und dessen Funktionalität ersetzen. Aufgrund einer hohen Variantenanzahl der am Markt befindlichen Kraftfahrzeuge, sowie Blei-Säure-Batterie und Batteriesensoren scheint dies nicht praktikabel. Es ist wünschenswert, insbesondere bei Ausfall einer Blei-Säure Batterie in einem Kraftfahrzeug diese durch eine Batterieeinheit zu ersetzen, welche ein Batteriemodul mit Lithium-Ionen-Batteriezellen aufweist. Dabei sollte der bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandene Batteriesensor auch weiterverwendet werden.
Aus der US 2015/0037616 A1 ist eine gattungsgemäße Batterieeinheit mit einem Lithium-Ionen-Batteriemodul bekannt, welche ein Gehäuse aufweist, dessen Abmessungen denen eines Gehäuses einer konventionellen Blei-Säure-Batterie entsprechen. Die Batterieeinheit umfasst dabei auch einen oder mehrere Gleichspannungswandler, wodurch mehrere verschiedene Ausgangsspannungen an verschiedenen Polen der Batterieeinheit verfügbar sind.
Aus der US 2015/0293180 A1 ist eine Batterie bekannt, welche ein Lithium-Ionen-Batteriemodul und ein Blei-Säure-Batteriemodul umfasst. Die Batterie umfasst auch einen Batteriesensor, welcher den Zustand des Lithium-Ionen-Batteriemoduls und des Blei-Säure-Batteriemoduls ermittelt.
In der DE 11 2011 104 650 T5 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Blei-Säure-Batterie offenbart. Die DE 102 48 679 A1 offenbart ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einer Batterie und einem Gleichspannungswandler. Aus der DE 43 41 279 A1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Akkumulatorbatterie umfasst. Aus der JP 2010-036594 A geht hybrides Automobil hervor, welches eine Batterie und einen Gleichspannungswandler aufweist. Die GB 2496398 A offenbart eine Spannungsversorgung für ein Fahrzeug mit einer Batterie und einem Wechselrichter.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Batterieeinheit zur Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Batterieeinheit umfasst ein Batteriemodul zur Erzeugung einer ersten Spannung, welche zwischen einem positiven Pol der Batterieeinheit und einem negativen Pol der Batterieeinheit anliegt, einen Batteriesensor, welcher mit dem negativen Pol elektrisch verbunden ist, und ein Steuerelement, welches einen ersten Anschluss aufweist, der mit dem positiven Pol elektrisch verbunden ist. Das Steuerelement umfasst einen Gleichspannungswandler. Die Batterieeinheit dient insbesondere zum Ersatz einer ausgefallenen Blei-Säure Batterie als Starterbatterie für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs.
Bevorzugt weist das Batteriemodul der Batterieeinheit mehrere Batteriezellen auf, welche als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Lithium-Ionen-Zellen weisen im Vergleich zu Zellen von Blei-Säure Batterien insbesondere eine verlängerte Lebensdauer, eine verbesserte Zyklenfestigkeit, eine höhere Energiedichte und auch eine höhere Leistungsdichte auf. Die Art der Batteriezellen ist dabei nicht auf Lithium-Ionen-Zellen limitiert. Grundsätzlich sind alle Arten von Sekundärzellen geeignet, welche verbesserte Eigenschaften als Blei-Säure-Batteriezellen aufweisen. Beispielsweise eignen sich Lithium-Schwefel-Zellen, Lithium-Luft-Zellen, Superkondensatoren (Supercaps, SC), Lithium-Kondensatoren sowie Batteriezellen mit Festkörperelektrolyten.
Erfindungsgemäß generiert der Gleichspannungswandler in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Batteriemoduls eine zweite Spannung, welche zwischen einem zweiten Anschluss des Steuerelements und dem negativen Pol anliegt. Der Batteriesensor ist dabei mit dem zweiten Anschluss des Steuerelements elektrisch verbunden.
Der Batteriesensor weist beispielsweise Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol fließt, auf. Der Batteriesensor weist beispielsweise ein Sensorgehäuse auf, in welchem die Mittel zur Messung der zweiten Spannung und die Mittel zur Messung des Stroms, der durch den negativen Pol fließt, angeordnet sind. Der Batteriesensor wird beispielsweise mittels einer Polklemme an den negativen Pol angeschlossen und mittels einer Verschraubung mechanisch an dem negativen Pol befestigt.
Der Batteriesensor kann auch einen Shunt-Sensor umfassen, welcher als ein Bauteil mit einem definierten ohmschen Widerstand ausgeführt ist. Der Batteriesensor ist dabei mit einem Steuergerät verbunden, welches Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol fließt, aufweist. Das Steuergerät umfasst insbesondere einen Spannungsmesser zum Messen eines Spannungsabfalls an dem ohmschen Widerstand des Shunt-Sensors. Dieser Spannungsabfall ist proportional zu dem fließenden Strom. Das Steuergerät ist dabei separat von dem Batteriesensor angeordnet. Insbesondere sind das Steuergerät und der Batteriesensor nicht in dem gleichen Sensorgehäuse angeordnet.
Der Batteriesensor ist also elektrisch nicht direkt mit dem positiven Pol der Batterieeinheit verbunden, sondern der Batteriesensor ist elektrisch über das Steuerelement und somit indirekt mit dem positiven Pol der Batterieeinheit verbunden. Insbesondere liegt an dem Batteriesensor nicht die erste Spannung an, welche von dem Batteriemodul erzeugt wird, sondern die zweite Spannung, welche von dem Gleichspannungswandler des Steuerelements generiert wird.
Der Gleichspannungswandler generiert insbesondere keine konstante zweite Spannung zur Versorgung eines Verbrauchers. Die zweite Spannung, die an dem Batteriesensor anliegt, ist von mindestens einer Zustandsgröße des Batteriemoduls abhängig und dient somit dem Batteriesensor als Maß für die entsprechende Zustandsgröße. Der Gleichspannungswandler kann unter anderem als elektronisch regelbarer DC/DC-Wandler oder als ohmscher Spannungsteiler ausgestaltet sein.
Das Steuerelement dient auch als Quelle zur Versorgung des Batteriesensors mit elektrischer Energie. Der Batteriesensor benötigt dabei nur eine verhältnismäßig geringe elektrische Leistung. Das Steuerelement ist als annähernd leistungslose Quelle ausgeführt und liefert eine verhältnismäßig geringe Leistung an den Batteriesensor in einem Bereich von beispielsweise 0 mW bis 1.000 mW, vorzugsweise 200 mW.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Zustandsgröße, in Abhängigkeit von welcher der Gleichspannungswandler des Steuerelements die zweite Spannung generiert, ein Ladezustand (state of charge, SOC) des Batteriemoduls. Aber auch ein Gesundheitszustand (state of health, SOH) des Batteriemoduls, eine Ladekapazität des Batteriemoduls sowie ein Innenwiderstand des Batteriemoduls können Zustandsgrößen im Sinne der Erfindung sein, in Abhängigkeit von welchen der Gleichspannungswandler des Steuerelements die zweite Spannung generiert.
Die erste Spannung an dem positiven Pol der Batterieeinheit ist insbesondere von dem Ladezustand des Batteriemoduls abhängig und ist somit beispielsweise ein Maß für den Ladezustand des Batteriemoduls. Die zweite Spannung, die der Gleichspannungswandler generiert, ist also beispielsweise von der ersten Spannung, die von dem Batteriemodul erzeugt wird, abhängig. Die Abhängigkeit der zweiten Spannung von dem Ladezustand des Batteriemoduls sowie von der ersten Spannung ist in der Regel nicht linear.
Bei gleichem Ladezustand einer konventionellen Blei-Säure-Batterie und eines Batteriemoduls mit Lithium-Ionen-Zellen weicht die erste Spannung der Blei-Säure-Batterie von der ersten Spannung des Batteriemoduls mit Lithium-Ionen-Zellen ab.
Vorzugsweise generiert der Gleichspannungswandler die zweite Spannung dabei derart, dass die zweite Spannung bei einem gegebenen Ladezustand des Batteriemoduls einer Spannung zwischen einem positiven Pol und einem negativen Pol einer Blei-Säure-Batterie bei dem gleichen Ladezustand entspricht. Die zweite Spannung entspricht somit der Spannung an dem positiven Pol der Blei-Säure-Batterie, welche die Blei-Säure-Batterie bei dem gleichen Ladezustand hätte.
Die Abhängigkeit der zweiten Spannung von der Zustandsgröße des Batteriemoduls in Abhängigkeit von welcher der Gleichspannungswandler des Steuerelements die zweite Spannung generiert, ist in der Regel nicht linear.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Zuordnung der Zustandsgröße, in Abhängigkeit von welcher der Gleichspannungswandler des Steuerelements die zweite Spannung generiert, zu der zweiten Spannung in dem Steuerelement fest vorgegeben. Dazu ist in dem Steuerelement beispielsweise eine entsprechende Zuordnungstabelle abgelegt, welche auch als Look-Up-Table bezeichnet wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Steuerelement eine Recheneinheit auf, welche eine Zuordnung der Zustandsgröße, in Abhängigkeit von welcher der Gleichspannungswandler des Steuerelements die zweite Spannung generiert, zu der zweiten Spannung berechnet. In diesem Fall umfasst die Recheneinheit des Steuerelements beispielsweise einen programmierbaren Prozessor oder Mikrocontroller, welcher die zu generierende zweite Spannung nach einem vorgebbaren Algorithmus berechnet.
Das Steuerelement weist beispielsweise eine diskrete Schaltung zur Ansteuerung des Gleichspannungswandlers auf. Besagte Schaltung kann sowohl als analoge Schaltung als auch als digitale Schaltung ausgeführt sein. Das Steuerelement kann bei der Zuordnung der Zustandsgröße zu der zweiten Spannung auch weitere Größen berücksichtigen, beispielsweise eine Temperatur, die von einem entsprechenden Aufnehmer gemessen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Batteriesensor mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät. Die Kommunikationsschnittstelle dient insbesondere zur Übertragung von gemessenen Werten zu dem Fahrzeugsteuergerät. Die besagte Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise als digitale Busschnittstelle ausgeführt sein oder auch als analoge Schnittstelle.
Alternativ, wenn der Batteriesensor den Shunt-Sensor umfasst und mit einem separaten Steuergerät verbunden ist, kann auch das separate Steuergerät eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät aufweisen.
Die Batterieeinheit hat selbst keine Möglichkeit, mit dem Fahrzeug, insbesondere mit dem Fahrzeugsteuergerät, zu kommunizieren. Deshalb erfolgt die Kommunikation indirekt über den Batteriesensor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Batteriesensor über einen Zusatzkontakt elektrisch mit dem zweiten Anschluss des Steuerelements verbunden. Der Zusatzkontakt ist also elektrisch mit dem Batteriesensor und mit dem zweiten Anschluss des Steuerelements verbunden. Beispielsweise ist das Steuerelement in einem Gehäuse angeordnet, in welchem auch das Batteriemodul angeordnet ist. Somit benötigt das Steuerelement keinen zusätzlichen Bauraum und ist vor mechanischen Einflüssen geschützt. Der Zusatzkontakt ragt beispielsweise aus dem Gehäuse heraus. Der Zusatzkontakt kann auch in Form einer konkaven Buchse ausgestaltet sein.
Wie bereits erwähnt, ist das Steuerelement als annähernd leistungslose Quelle ausgeführt und liefert nur eine verhältnismäßig geringe Leistung an den Batteriesensor. Der Zusatzkontakt kann daher als verhältnismäßig dünner Pin-Stecker ausgebildet sein und einen Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm aufweisen. Auch ein elektrischer Leiter, welcher den Zusatzkontakt mit dem Batteriesensor verbindet, kann einen entsprechend kleinen Querschnitt aufweisen.
Das Steuerelement kann auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, in welchem das Batteriemodul angeordnet ist. Dadurch ist das Steuerelement von außen zugänglich und kann verhältnismäßig einfach ausgetauscht werden.
Ferner kann das Steuerelement in ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung des Batteriemoduls integriert sein. Das Steuerelement ist somit nicht als separates Bauteil ausgebildet, sondern ist Teil eines vorhandenen Batteriemanagementsystems.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liefert das Steuerelement einen Versorgungsstrom zur Versorgung des Batteriesensors mit elektrischer Energie. Der Batteriesensor benötigt also keine separaten Versorgungsanschlüsse zur Energieversorgung. Da das Steuerelement als annähernd leistungslose Quelle ausgeführt ist und nur eine verhältnismäßig geringe Leistung an den Batteriesensor liefert, ist auch der Versorgungsstrom verhältnismäßig gering. Der Versorgungsstrom liegt in einem Bereich von beispielsweise 0 mA bis 100 mA, vorzugsweise 20 mA.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der besagte Versorgungsstrom ein, insbesondere konstanter, Gleichstrom. Der Gleichspannungswandler des Steuerelements ist dabei als regelbarer ohmscher Widerstand ausgebildet, den der Versorgungsstrom durchfließt. Beim Durchfließen des regelbaren ohmschen Widerstandes erzeugt der Versorgungsstrom einen Spannungsabfall. Durch Regeln des Wertes des ohmschen Widerstandes ist dieser Spannungsabfall gezielt und in verhältnismäßig kurzer Zeit einstellbar. Da der Spannungsabfall verhältnismäßig schnell einstellbar ist, kann eine ursprüngliche Dynamik der Spannung, die an dem Bordnetz anliegt, beibehalten werden. Der Widerstand setzt lediglich den Wert der Spannung herab. Durch Regeln des Wertes des ohmschen Widerstandes kann somit die zweite Spannung annähernd beliebig generiert werden, sofern die zweite Spannung kleiner ist als die erste Spannung. Der regelbare ohmsche Widerstand kann auch als programmierbarer Widerstand oder als digitales Potentiometer bezeichnet werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gleichspannungswandler mehrere seriell verschaltete Dioden und mehrere Schalter, welche parallel zu jeweils einer der Dioden geschaltet sind, auf. Die Dioden sind dabei elektrisch derart angeordnet, dass ein Stromfluss von dem ersten Anschluss des Steuerelements zu dem zweiten Anschluss des Steuerelements in Durchlassrichtung der Dioden möglich ist. An jeder der Dioden, durch die ein durch das Steuerelement fließender Strom, insbesondere der Versorgungsstrom zur Versorgung des Batteriesensors, fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt. Der besagte Strom fließt dabei durch einer der Dioden, wenn der parallel geschaltete Schalter geöffnet ist. Der besagte Strom fließt durch den parallel geschalteten Schalter, wenn der Schalter geschlossen ist. Durch Öffnen sowie Schließen der einzelnen Schalter kann somit der in dem Gleichspannungswandler erzeugte Spannungsabfall gezielt und in verhältnismäßig kurzer Zeit eingestellt werden. Da der Spannungsabfall verhältnismäßig schnell einstellbar ist, kann eine ursprüngliche Dynamik der Spannung, die an dem Bordnetz anliegt, beibehalten werden. Die Dioden setzen lediglich den Wert der Spannung herab. Durch Öffnen sowie Schließen der einzelnen Schalter kann somit die zweite Spannung annähernd beliebig generiert werden, sofern die zweite Spannung kleiner ist als die erste Spannung.
Vorzugsweise weist der Gleichspannungswandler mehrere Schalteinheiten auf, welche als MOSFET, also als Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, ausgebildet sind. Die besagten Schalteinheiten umfassen jeweils eine Parallelschaltung aus einem Schalter und einer der Dioden. Jede der besagten Dioden stellt dabei insbesondere eine Inversdiode oder Body-Diode der jeweiligen Schalteinheit dar.
Bevorzugt weist der Gleichspannungswandler auch eine Steuereinheit zum Ansteuern der Schalter auf. Die Steuereinheit ist beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinheit mehrere bistabile Kippstufen zum Ansteuern der Schalter auf. Eine solche bistabile Kippstufe wird auch als Flip-Flop bezeichnet und stellt eine 1-bit-Speicherzelle dar. Jede der bistabilen Kippstufen umfasst einen Steuerausgang, welcher mit je einem Steuereingang eines Schalters, beziehungsweise einer Schalteinheit, des Gleichspannungswandlers verbunden ist. Vorzugsweise sind die bistabilen Kippstufen als CMOS RS Flip-Flops ausgeführt. Eine solche bistabile Kippstufe erlaubt, einen Schalter, beziehungsweise eine Schalteinheit, des Gleichspannungswandlers dauerhaft, aber ohne dauerhaften Leistungsbedarf, anzusteuern.
Der Gleichspannungswandler kann auch als fester ohmscher Widerstand ausgebildet sein. Der Gleichspannungswandler kann beispielsweise auch als elektronisch regelbarer DC/DC-Wandler ausgestaltet sein. In diesem Fall kann die zweite Spannung annähernd frei eingestellt werden, annähernd unabhängig von dem Wert der ersten Spannung. Insbesondere kann bei Verwendung eines DC/DC-Wandlers die zweite Spannung auch größer sein als die erste Spannung.
Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Batterieeinheit ist dabei in das Kraftfahrzeug eingebaut, und der positive Pol der Batterieeinheit ist mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden. Erfindungsgemäß wird dabei in Abhängigkeit von der Zustandsgröße des Batteriemoduls die zweite Spannung von dem Gleichspannungswandler des Steuerelements generiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die zweite Spannung derart generiert, dass in Abhängigkeit von einem Wert der zweiten Spannung der Batteriesensor über eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät ein Steuersignal abgibt. Hierfür können spezielle Spannungspegel definiert und speziellen Steuersignalen zugeordnet werden. Beispielsweise kann ein Spannungspegel von 1 V einem Steuersignal zugeordnet werden, das vermittelt, dass das Batteriemodul defekt oder nicht mehr am Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Beispielsweise kann bei einer Nennspannung von 12 V ein Spannungspegel von 20 V einem Steuersignal zugeordnet werden, das vermittelt, dass das Batteriemodul derzeit nicht geladen werden soll. Bei einer Nennspannung von 24 V kann beispielsweise ein Spannungspegel von 40 V einem Steuersignal zugeordnet werden, das vermittelt, dass das Batteriemodul derzeit nicht geladen werden soll.
Die Batterieeinheit hat selbst keine Möglichkeit, mit dem Fahrzeug, insbesondere mit dem Fahrzeugsteuergerät, zu kommunizieren. Deshalb erfolgt die Kommunikation indirekt über den Batteriesensor.
Eine erfindungsgemäße Batterieeinheit sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren finden vorteilhaft Verwendung an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und insbesondere zum Ersatz einer konventionellen Blei-Säure-Batterie. Aber auch andere Verwendungen, beispielsweise an Bordnetzen anderer Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Hybrid-Fahrzeugen, Plug-In-Hybridfahrzeugen sowie Elektrofahrzeugen sind denkbar.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht einen Austausch einer konventionellen 12V Blei-Säure-Batterie durch eine 12V Lithium-Ionen-Batterie bei Sicherstellung aller Funktionalitäten, insbesondere des Energiemanagements, in dem Kraftfahrzeug. Ein in dem Kraftfahrzeug vorhandener Batteriesensor, welcher auf die Eigenschaften der ausgetauschten Blei-Säure-Batterie abgestimmt ist, kann beibehalten werden und ist somit Teil der neu eingesetzten Batterieeinheit. Das Steuerelement mit dem Gleichspannungswandler ermöglicht somit den Einsatz einer Lithium-Ionen-Batterie in Kraftfahrzeugen, die auf die Eigenschaften einer Blei-Säure-Batterie abgestimmt sind. Das Steuerelement kann insbesondere als annähernd leistungslose Quelle ausgeführt sein und entnimmt dem Batteriemodul somit nur eine verhältnismäßig geringe Menge an Energie.
Durch die entsprechende Auslegung des Steuerelements kann die an dem positiven Pol anliegende erste Spannung auf eine zweite Spannung an dem Batteriesensor abgebildet werden, welche der Spannung an den Polklemmen der Blei-Säure Batterie bei gleichen Bedingungen, insbesondere bei gleichem Ladezustand, entspricht. Hiermit ist sichergestellt, dass die Batteriezustandserkennung des Kraftfahrzeugs korrekt funktioniert und die Funktionalitäten im Kraftfahrzeug erhalten bleiben.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
2 eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
3 eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß einer dritten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
4 eine perspektivische Darstellung einer Batterieeinheit gemäß der ersten Ausführungsform ohne Batteriesensor,
5 einen Batteriesensor,
6 eine schematische Darstellung eines Steuerelements und
7 eine schematische Darstellung einer bistabilen Kippstufe.

Ausführungsformen der Erfindung
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.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Als Bordnetz 50 werden in diesem Zusammenhang die spannungsführenden Versorgungsleitungen in dem Kraftfahrzeug bezeichnet. Das Bordnetz 50 weist vorliegend eine Nominalspannung von 12 Volt gegenüber einer Masseleitung 55 in dem Kraftfahrzeug auf. Die Batterieeinheit 10 weist einen Batteriesensor 52 auf.
Die Batterieeinheit 10 umfasst einen positiven Pol 12, welcher mit dem Bordnetz 50 verbunden ist. Die Batterieeinheit 10 umfasst auch einen negativen Pol 11, welcher mit dem Batteriesensor 52 verbunden ist. Der Batteriesensor 52 ist auch mit der Masseleitung 55 verbunden. Ferner ist der Batteriesensor 52 mittels einer Kommunikationsschnittstelle 53 mit einem übergeordneten Fahrzeugsteuergerät verbunden.
Die Batterieeinheit 10 umfasst ein Batteriemodul 20, welches mehrere Batteriezellen aufweist, welche als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Die Batteriezellen sind beispielsweise in Serie geschaltet und liefern eine Nominalspannung von 12 Volt. Das Batteriemodul 20 weist ein negatives Terminal 21 und ein positives Terminal 22 auf. Zwischen den Terminals 21, 22 des Batteriemoduls 20 liegt die von den besagten Batteriezellen gelieferte Nominalspannung von 12 Volt an.
Das Batteriemodul 20 ist in einem Gehäuse 24 angeordnet. Der negative Pol 11 und der positive Pol 12 ragen aus dem Gehäuse 24 heraus. Das negative Terminal 21 ist elektrisch mit dem negativen Pol 11 verbunden und das positive Terminal 22 ist elektrisch mit dem positiven Pol 12 verbunden. Somit liegt zwischen den Polen 11, 12 ebenfalls die von den Batteriezellen des Batteriemoduls 20 gelieferte Nominalspannung von 12 Volt an.
Die Batterieeinheit 10 umfasst auch ein Batteriemanagementsystem 40 zur Überwachung und Regelung des Batteriemoduls 20. Das Batteriemanagementsystem 40 befindet sich vorliegend ebenfalls innerhalb des Gehäuses 24.
Die Batterieeinheit 10 umfasst ferner ein Steuerelement 30. Das Steuerelement 30 weist einen ersten Anschluss 31 auf, welcher mit dem positiven Pol 12 elektrisch verbunden ist. Das Steuerelement 30 weist auch einen zweiten Anschluss 32 auf, welcher mit dem Batteriesensor 52 elektrisch verbunden ist. Das Steuerelement 30 befindet sich vorliegend ebenfalls in dem Gehäuse 24. Der Batteriesensor 52 befindet sich vorliegend außerhalb des Gehäuses 24. Die elektrische Verbindung des zweiten Anschlusses 32 des Steuerelements 30 mit dem Batteriesensor 52 geschieht vorliegend über einen Zusatzkontakt 13, welcher aus dem Gehäuse 24 herausragt. Der Zusatzkontakt 13 kann auch in Form einer konkaven Buchse ausgestaltet sein.
An dem ersten Anschluss 31 des Steuerelements 30 liegt die von dem Batteriemodul 20 gelieferte Nominalspannung von 12 Volt an, welche im Folgenden als erste Spannung bezeichnet wird. An dem zweiten Anschluss 32 des Steuerelements 30 liegt eine zweite Spannung an, welche von dem Steuerelement 30 generiert wird. Die zweite Spannung liegt auch an dem Zusatzkontakt 13 und an dem Batteriesensor 52 an.
Dazu umfasst das Steuerelement 30 einen Gleichspannungswandler 35, welcher in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße des Batteriemoduls 20 die zweite Spannung an dem zweiten Anschluss 32 generiert. Beispielsweise handelt es sich bei der besagten Zustandsgröße des Batteriemoduls 20 um einen Ladezustand (state of charge, SOC) des Batteriemoduls 20. In einfacher Näherung kann davon ausgegangen werden, dass der Ladezustand des Batteriemoduls 20 von der ersten Spannung an dem positiven Pol 12 abhängt. In dem Steuerelement 30 ist eine Zuordnung der ersten Spannung zu der zweiten Spannung fest vorgegeben, beispielsweise in Form einer Zuordnungstabelle.
Bei dem Gleichspannungswandler 35 kann es sich um einen regelbaren DC/DC-Wandler handeln. Der Gleichspannungswandler 35 kann auch als ohmscher Spannungsteiler ausgestaltet sein. Ferner kann der Gleichspannungswandler 35 als ein fester oder als ein regelbarer ohmscher Widerstand ausgestaltet sein. Auch kann der Gleichspannungswandler 35 mehrere seriell verschaltete Dioden D1, D2, D3, D4 aufweisen, wie beispielhaft in 6 dargestellt ist.
Der Batteriesensor 52 misst unter anderem die zweite Spannung, welche in der Regel von der ersten Spannung abweicht. Auch misst der Batteriesensor 52 einen von der Masseleitung 55 zu dem negativen Pol 11 fließenden Strom, welcher einem Strom durch das Batteriemodul 20 und durch die Batterieeinheit 10 entspricht.
Aus der gemessenen zweiten Spannung und aus dem gemessenen Strom durch das Batteriemodul 20 ermittelt der Batteriesensor 52 einen Zustand des Batteriemoduls 20. Der Zustand des Batteriemoduls 20 umfasst insbesondere einen Ladezustand des Batteriemoduls 20. Der Batteriesensor 52 überträgt den ermittelten Zustand des Batteriemoduls 20 über die Kommunikationsschnittstelle 53 zu dem übergeordneten Fahrzeugsteuergerät.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines Kraftfahrzeugs. Die Batterieeinheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht weitgehend der in 1 gezeigten Batterieeinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Folgenden wird nur auf Unterschiede eingegangen.
Das Steuerelement 30 befindet sich vorliegend außerhalb des Gehäuses 24, in welchem das Batteriemodul 20 angeordnet ist. Ein aus dem Gehäuse 24 herausragender Zusatzkontakt 13 ist vorliegend nicht vorgesehen. Der zweite Anschluss 32 des Steuerelements 30 ist vorliegend elektrisch unmittelbar mit dem Batteriesensor 52 verbunden. Der erste Anschluss 31 des Steuerelements 30 ist mit dem positiven Pol 12 elektrisch verbunden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieeinheit 10 gemäß einer dritten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines Kraftfahrzeugs. Die Batterieeinheit 10 gemäß der dritten Ausführungsform gleicht weitgehend der in 1 gezeigten Batterieeinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Im Folgenden wird nur auf Unterschiede eingegangen.
Das Steuerelement 30 ist vorliegend in das Batteriemanagementsystem 40 zur Überwachung und Regelung des Batteriemoduls 20 integriert. Das Steuerelement 30 und das Batteriemanagementsystem 40 bilden somit eine Einheit, welche vorliegend innerhalb des Gehäuses 24 angeordnet ist, in welchem auch das Batteriemodul 20 angeordnet ist. Die elektrische Verbindung des zweiten Anschlusses 32 des Steuerelements 30 mit dem Batteriesensor 52 geschieht vorliegend, wie auch bei Batterieeinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform, über einen Zusatzkontakt 13, welcher aus dem Gehäuse 24 herausragt. Der Zusatzkontakt 13 kann auch in Form einer konkaven Buchse ausgestaltet sein.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Batterieeinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei der Batteriesensor 52 nicht dargestellt ist. Die Batterieeinheit 10 weist das Gehäuse 24 auf, aus welchem der negative Pol 11, der positive Pol 12 und der Zusatzkontakt 13 herausragen. Der Zusatzkontakt 13 kann auch in Form einer konkaven Buchse ausgestaltet sein. Das Gehäuse 24 ist annähernd prismatisch, insbesondere quaderförmig ausgebildet, wobei die Abmessungen des Gehäuses 24 den Abmessungen einer konventionellen Blei-Säure-Batterie entsprechen.
Der Zusatzkontakt 13 ist mittels eines Kabels mit einem Adapter 45 elektrisch verbunden. Der Adapter 45 ist mittels eines Kabels mit einem ersten Steckverbinder 41 elektrisch verbunden. Der erste Steckverbinder 41 dient zum Anschließen an einen entsprechenden Gegenstecker des hier nicht dargestellten Fahrzeugsteuergeräts. Der erste Steckverbinder 41 stellt die Kommunikationsschnittstelle 53 bereit.
Der Adapter 45 ist mittels eines Kabels auch mit einem zweiten Steckverbinder 42 elektrisch verbunden. Der zweite Steckverbinder 42 dient zum Anschließen an den hier nicht dargestellten Batteriesensor 52. Der zweite Steckverbinder 42 stellt die Kommunikationsschnittstelle 53 und die elektrische Verbindung zu dem Zusatzkontakt 13 bereit.
5 zeigt den Batteriesensor 52 der Batterieeinheit 10 aus 4. Der Batteriesensor 52 umfasst ein Sensorgehäuse 60, in welchem unter anderem die Mittel zur Messung der zweiten Spannung und die Mittel zur Messung des Stroms, welcher durch den negativen Pol 11 fließt, angeordnet sind. In dem Sensorgehäuse 60 sind ferner Mittel zur Kommunikation mit dem Fahrzeugsteuergerät über die Kommunikationsschnittstelle 53 angeordnet.
Der Batteriesensor 52 umfasst einen Anschlussbolzen 61, welcher zum Anschließen der Masseleitung 55 des Fahrzeugs dient. Der Batteriesensor 52 umfasst einen Stecker 62, welcher zum Anschließen des zweiten Steckverbinders 42 dient. Der Batteriesensor 52 umfasst eine Polklemme 63, welche zum Anschließen an den negativen Pol 11 dient. Die Polklemme 63 kann mittels einer Verschraubung 64 mechanisch an dem negativen Pol 11 befestigt werden.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerelements 30 mit einem Gleichspannungswandler 35. In der hier gezeigten Ausführungsform weist der Gleichspannungswandler 35 mehrere Schalteinheiten E1, E2, E3, E4 auf. Die Schalteinheiten E1, E2, E3, E4 sind jeweils als MOSFET, also als Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, ausgebildet. Die Schalteinheiten E1, E2, E3, E4 umfassen jeweils eine Parallelschaltung aus einem ansteuerbaren Schalter S1, S2, S3, S4 und einer Diode D1, D2, D3, D4. Jede der besagten Dioden D1, D2, D3, D4 stellt dabei eine Inversdiode oder Body-Diode der jeweiligen Schalteinheit E1, E2, E3, E4 dar. Es ist auch denkbar, dass die Dioden D1, D2, D3, D4 als von den Schaltern S1, S2, S3, S4 separate Schaltelemente ausgebildet sind.
Die Dioden D1, D2, D3, D4 des Gleichspannungswandlers 35 sind seriell verschaltet. Zu jeder der Dioden D1, D2, D3, D4 ist jeweils ein Schalter S1, S2, S3, S4 parallel geschaltet. Die Dioden D1, D2, D3, D4 sind elektrisch derart angeordnet, dass ein Stromfluss von dem ersten Anschluss 31 des Steuerelements 30 zu dem zweiten Anschluss 32 des Steuerelements 30 in Durchlassrichtung der Dioden D1, D2, D3, D4 möglich ist. An jeder der Dioden D1, D2, D3, D4, durch die ein Strom, beispielsweise ein Versorgungsstrom zur Versorgung des Batteriesensors 52, fließt, wird ein Spannungsabfall erzeugt.
Durch Öffnen sowie Schließen der einzelnen Schalter S1, S2, S3, S4 kann die an dem zweiten Anschluss 32 anliegende zweite Spannung annähernd beliebig generiert werden. Die zweite Spannung ist dabei kleiner als die an dem ersten Anschluss 31 anliegende erste Spannung und kann in diskreten Schritten variiert werden.
Wenn einer der Schalter S1, S2, S3, S4 geöffnet ist, so fließt der besagte Strom durch die zu diesem Schalter S1, S2, S3, S4 parallel geschaltete Diode D1, D2, D3, D4 und erzeugt an der besagten Diode D1, D2, D3, D4 einen Spannungsabfall. Wenn einer der Schalter S1, S2, S3, S4 geschlossen ist, so fließt der besagte Strom durch diesen Schalter S1, S2, S3, S4 und erzeugt an der zu diesem Schalter S1, S2, S3, S4 parallel geschalteten Diode D1, D2, D3, D4 keinen Spannungsabfall. Durch Öffnen sowie Schließen der einzelnen Schalter S1, S2, S3, S4 kann somit der in dem Gleichspannungswandler 35 erzeugte Spannungsabfall gezielt eingestellt werden.
Der Gleichspannungswandler 35 weist auch eine Steuereinheit 37 auf. Die Steuereinheit 37 dient zum Ansteuern der Schalter S1, S2, S3, S4. Die Steuereinheit 37 kann beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers ausgebildet sein.
Vorliegend weist die Steuereinheit 37 mehrere bistabile Kippstufen 70 zum Ansteuern der Schalter S1, S2, S3, S4 auf. Eine solche bistabile Kippstufe 70 wird auch als Flip-Flop bezeichnet und stellt eine 1-bit-Speicherzelle dar. Mittels der bistabilen Kippstufen 70 können die Schalter S1, S2, S3, S4 des Gleichspannungswandlers 35 dauerhaft angesteuert werden.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer bistabilen Kippstufe 70. Die bistabile Kippstufe 70 umfasst einen Steuerausgang 78, welcher mit einem Steuereingang von einem der Schalter S1, S2, S3, S4 des Gleichspannungswandlers 35 elektrisch verbunden ist. Die bistabile Kippstufe 70 ist beispielsweise als CMOS RS Flip-Flops ausgeführt und hat daher einen äußerst geringen Leistungsbedarf.
Die bistabile Kippstufe 70 ist auch mit dem ersten Anschluss 31 des Steuerelements 30, und somit auch mit dem positiven Terminal 22 des Batteriemoduls 20 sowie mit dem positiven Pol 12 der Batterieeinheit 10 elektrisch verbunden. Die bistabile Kippstufe 70 ist ebenfalls mit einem Masseanschluss elektrisch verbunden. Bei dem Masseanschluss kann es sich, je nach Anordnung des Steuerelements 30, um das negative Terminal 21 des Batteriemoduls 20, den negativen Pol 11 der Batterieeinheit 10 oder um die Masseleitung 55 handeln.
Die bistabile Kippstufe 70 umfasst auch einen Reseteingang 71, einen Seteingang 72, eine Reseteingangsdiode 73 und eine Seteingangsdiode 74. Ferner umfasst die bistabile Kippstufe 70 einen ersten Speichertransistor T1, einen zweiten Speichertransistor T2, einen dritten Speichertransistor T3, einen vierten Speichertransistor T4, einen ersten Koppelwiderstand 75 und einen zweiten Koppelwiderstand 76.
Wenn an dem Seteingang 72 kurzzeitig ein Spannungspuls von etwa 12 V anliegt, so wird die bistabile Kippstufe 70 gesetzt. An dem Steuerausgang 78 liegt dann die Nominalspannung von 12 Volt an. Daraufhin wird derjenige Schalter S1, S2, S3, S4 des Gleichspannungswandlers 35, der mit der bistabilen Kippstufe 70 elektrisch verbunden ist, geschlossen. Wenn der besagte Spannungspuls nicht mehr anliegt, so bleibt die bistabile Kippstufe 70 gesetzt, und an dem Steuerausgang 78 bleibt die Nominalspannung von 12 Volt. Somit bleibt der mit der bistabilen Kippstufe 70 elektrisch verbundene Schalter S1, S2, S3, S4 geschlossen.
Wenn an dem Reseteingang 71 kurzzeitig ein Spannungspuls von etwa 12 V anliegt, so wird die bistabile Kippstufe 70 rückgesetzt. An dem Steuerausgang 78 liegt dann eine Spannung von etwa 0 Volt an. Daraufhin wird derjenige Schalter S1, S2, S3, S4 des Gleichspannungswandlers 35, der mit der bistabilen Kippstufe 70 elektrisch verbunden ist, geöffnet. Wenn der besagte Spannungspuls nicht mehr anliegt, so bleibt die bistabile Kippstufe 70 rückgesetzt, und an dem Steuerausgang 78 bleibt die Spannung von etwa 0 Volt. Somit bleibt der mit der bistabilen Kippstufe 70 elektrisch verbundene Schalter S1, S2, S3, S4 geöffnet.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0037616 A1 [0007]
US 2015/0293180 A1 [0008]
DE 112011104650 T5 [0009]
DE 10248679 A1 [0009]
DE 4341279 A1 [0009]
JP 2010036594 A [0009]
GB 2496398 A [0009]

Claims

Batterieeinheit (10) zur Verwendung an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Batteriemodul (20) zur Erzeugung einer ersten Spannung, welche zwischen einem positiven Pol (12) und einem negativen Pol (11) anliegt, einen Batteriesensor (52), welcher mit dem negativen Pol (11) elektrisch verbunden ist, und ein Steuerelement (30), welches einen ersten Anschluss (31) aufweist, der mit dem positiven Pol (12) elektrisch verbunden ist, und welches einen Gleichspannungswandler (35) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (35) in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Batteriemoduls (20) eine zweite Spannung generiert, welche zwischen einem zweiten Anschluss (32) des Steuerelements (30) und dem negativen Pol (11) anliegt, und dass der Batteriesensor (52) mit dem zweiten Anschluss (32) elektrisch verbunden ist, wobei der Batteriesensor (52) Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol (11) fließt, aufweist, oder wobei der Batteriesensor (52) einen Shunt-Sensor umfasst und mit einem Steuergerät verbunden ist, welches Mittel zur Messung der zweiten Spannung und Mittel zur Messung eines Stroms, welcher durch den negativen Pol (11) fließt, aufweist.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße ein Ladezustand ist.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (35) die zweite Spannung derart generiert, dass die zweite Spannung bei einem gegebenen Ladezustand des Batteriemoduls (20) einer Spannung zwischen einem positivem Pol (12) und einem negativem Pol (11) einer Blei-Säure-Batterie bei dem gleichen Ladezustand entspricht.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung der Zustandsgröße zu der zweiten Spannung in dem Steuerelement (30) fest vorgegeben ist.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (30) eine Recheneinheit aufweist, welche eine Zuordnung der Zustandsgröße zu der zweite Spannung berechnet.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriesensor (52) mindestens eine Kommunikationsschnittstelle (53) zur Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät umfasst.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriesensor (52) über einen Zusatzkontakt (13) elektrisch mit dem zweiten Anschluss (32) des Steuerelements (30) verbunden ist.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (30) einen Versorgungsstrom zur Versorgung des Batteriesensors (52) mit elektrischer Energie liefert.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsstrom ein Gleichstrom ist, und dass der Gleichspannungswandler (35) als regelbarer ohmscher Widerstand ausgebildet ist, den der Versorgungsstrom durchfließt.
Batterieeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (35) mehrere seriell verschaltete Dioden (D1, D2, D3, D4) aufweist, und dass der Gleichspannungswandler (35) mehrere Schalter (S1, S2, S3, S4) aufweist, welche parallel zu jeweils einer der Dioden (D1, D2, D3, D4) geschaltet sind.
Batterieeinheit (10) nach einem der Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (35) mehrere Schalteinheiten (E1, E2, E3, E4) aufweist, welche als MOSFET ausgebildet sind, und welche jeweils eine Parallelschaltung aus einem Schalter (S1, S2, S3, S4) und einer der Dioden (D1, D2, D3, D4) umfassen.
Batterieeinheit (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (35) eine Steuereinheit (37) zum Ansteuern der Schalter (S1, S2, S3, S4) aufweist.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) mehrere bistabile Kippstufen (70) zum Ansteuern der Schalter (S1, S2, S3, S4) aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Batterieeinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Zustandsgröße des Batteriemoduls (20) die zweite Spannung von dem Gleichspannungswandler (35) des Steuerelements (30) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung derart generiert wird, dass in Abhängigkeit von einem Wert der zweiten Spannung der Batteriesensor (52) über eine Kommunikationsschnittstelle (53) zur Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät ein Steuersignal abgibt.
Verwendung einer Batterieeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 15 an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor.