DE102019214168A1 - Method for operating a battery module and battery module - Google Patents

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Benjamin Gaertner
Manuel Bark
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls (5) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2), eine Schalteinheit (60) und ein Managementsystem (30) zum Ansteuern der Schalteinheit (60) und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2) umfasst, wobei eine Ausgangsspannung (UA) des Batteriemoduls (5) gemessen wird; die Ausgangsspannung (UA) mit einer Schwellenspannung verglichen wird; ein Anliegen eines Haltesignals an einem Signaleingang (35) geprüft wird; und wobei eine Abschaltung des Batteriemoduls (5) erfolgt, wenn die Ausgangsspannung (UA) kleiner als die Schwellenspannung ist, und wenn kein Haltesignal an dem Signaleingang (35) anliegt. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul (5) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Batteriezelle (2), eine Schalteinheit (60) und ein Managementsystem (30) zum Ansteuern der Schalteinheit (60) und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2), wobei das Managementsystem (30) zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

Figure DE102019214168A1_0000
The invention relates to a method for operating a battery module (5) in a motor vehicle, the battery module (5) having at least one battery cell (2), a switching unit (60) and a management system (30) for controlling the switching unit (60) and for monitoring which comprises at least one battery cell (2), an output voltage (UA) of the battery module (5) being measured; the output voltage (UA) is compared with a threshold voltage; the presence of a hold signal at a signal input (35) is checked; and wherein the battery module (5) is switched off when the output voltage (UA) is less than the threshold voltage and when there is no hold signal at the signal input (35). The invention also relates to a battery module (5) for a motor vehicle, comprising at least one battery cell (2), a switching unit (60) and a management system (30) for controlling the switching unit (60) and for monitoring the at least one battery cell (2), wherein the management system (30) is set up to carry out the method according to the invention.
Figure DE102019214168A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle, eine Schalteinheit und ein Managementsystem umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens eine Batteriezelle, eine Schalteinheit und ein Managementsystem zum Ansteuern der Schalteinheit und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle umfasst.The invention relates to a method for operating a battery module in a motor vehicle, the battery module comprising at least one battery cell, a switching unit and a management system. The invention also relates to a battery module for a motor vehicle, which comprises at least one battery cell, a switching unit and a management system for controlling the switching unit and for monitoring the at least one battery cell.

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, in der Regel mehrere Batteriezellen, 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. In addition, conventional motor vehicles include an electrical energy store for supplying a starter and additional loads, as well as a generator for charging the electrical energy store. The energy store comprises at least one battery module, which comprises at least one battery cell, usually a plurality of battery cells, and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell.

Die Batteriezellen eines solchen Batteriemoduls sind beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen. Lithium-Ionen-Batteriezellen zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Eine Tiefentladung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle kann einen sicherheitskritischen Zustand in der betroffenen Batteriezelle verursachen, wodurch eine weitere Nutzung des Batteriemoduls unmöglich wird. Deshalb müssen Lithium-Ionen-Batteriezellen vor einer solchen Tiefentladung geschützt werden.The battery cells of such a battery module are, for example, lithium-ion battery cells. Lithium-ion battery cells are characterized, among other things, by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Deep discharge of a lithium-ion battery cell can cause a safety-critical state in the battery cell concerned, which makes further use of the battery module impossible. This is why lithium-ion battery cells must be protected from such deep discharge.

Aus dem Dokument US 2017/0324257 A1 sind eine Vorrichtung zur Energieversorgung sowie eine Schutzvorrichtung und ein Schutzverfahren bekannt. Die Vorrichtung zur Energieversorgung umfasst dabei mehrere Batteriemodule, welche jeweils mehrere Batteriezellen aufweisen, und eine zentrale Batteriesteuereinheit. Jedes Batteriemodul weist ferner eine Spannungsmesseinheit zur Messung von Spannungen der Batteriezellen auf. Wenn festgestellt wird, dass eine der Batteriezellen überladen oder tiefentladen ist, so wird ein Stromfluss zum Laden oder zum Entladen des Batteriemoduls begrenzt.From the document US 2017/0324257 A1 a device for supplying energy as well as a protective device and a protective method are known. The device for supplying energy comprises several battery modules, each of which has several battery cells, and a central battery control unit. Each battery module also has a voltage measuring unit for measuring voltages of the battery cells. If it is determined that one of the battery cells is overcharged or deeply discharged, a current flow for charging or discharging the battery module is limited.

Das Dokument JP 2013-078233 A offenbart eine Batterie mit mehreren Batteriezellen und eine Überwachungseinheit zum Überwachen der Batterie. Die Überwachungseinheit umfasst Mittel zur Messung von Spannungen der Batteriezellen. Wenn eine Überladung von Batteriezellen erkannt wird, so wird ein Ladepfad getrennt.The document JP 2013-078233 A discloses a battery having a plurality of battery cells and a monitoring unit for monitoring the battery. The monitoring unit comprises means for measuring voltages in the battery cells. If an overcharging of the battery cells is detected, a charging path is disconnected.

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, eine Schalteinheit und ein Managementsystem zum Ansteuern der Schalteinheit und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle. Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul mehrere Batteriezellen, welche insbesondere seriell verschaltet sind. Bei den Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um Lith ium-Ionen- Batteriezellen.A method for operating a battery module in a motor vehicle is proposed. The battery module comprises at least one battery cell, a switching unit and a management system for controlling the switching unit and for monitoring the at least one battery cell. The battery module preferably comprises a plurality of battery cells, which are in particular connected in series. The battery cells are, for example, lithium-ion battery cells.

Verfahrensgemäß wird eine Ausgangsspannung des Batteriemoduls gemessen. Dazu weist das Managementsystem vorzugsweise eine entsprechende Messeinheit auf. Die gemessene Ausgangsspannung des Batteriemoduls wird mit einer vorgegebenen Schwellenspannung verglichen. Zusätzlich wird ein Anliegen eines Haltesignals an einem Signaleingang des Managementsystems geprüft.According to the method, an output voltage of the battery module is measured. For this purpose, the management system preferably has a corresponding measuring unit. The measured output voltage of the battery module is compared with a predetermined threshold voltage. In addition, the presence of a stop signal at a signal input of the management system is checked.

Eine Abschaltung des Batteriemoduls erfolgt, wenn die Ausgangsspannung kleiner als die vorgegebene Schwellenspannung ist, und wenn kein Haltesignal an dem Signaleingang des Managementsystems anliegt. Durch die Abschaltung des Batteriemoduls wird vorteilhaft das Managementsystem ebenfalls abgeschaltet.The battery module is switched off when the output voltage is lower than the specified threshold voltage and when there is no stop signal at the signal input of the management system. By switching off the battery module, the management system is advantageously also switched off.

Das Haltesignal wird auch als „Stay Awake“ - Signal bezeichnet. Das besagte Haltesignal wird insbesondere dann an den Signaleingang des Managementsystems angelegt, wenn aus sicherheitsrelevanten Gründen ein Abschalten des Batteriemoduls nicht zulässig ist. Das Haltesignal wird beispielsweise in einem Software-Modul erzeugt. Welches als „Sleep Mode Manager (SMM)“ bezeichnet wird. Dieses Software-Modul prüft sämtliche Inputs, die ein Abschalten verhindern sollen. Solche Inputs sind beispielsweise externe Wake-Up-Anforderung durch Drücken eines Knopfes in der letzten Stunde sowie interne Anforderungen durch eine Applikation, die noch zunächst sauber heruntergefahren werden muss.The hold signal is also known as the “Stay Awake” signal. Said stop signal is applied to the signal input of the management system in particular when switching off the battery module is not permitted for safety-related reasons. The stop signal is generated in a software module, for example. Which is known as the "Sleep Mode Manager (SMM)". This software module checks all inputs that are supposed to prevent a shutdown. Such inputs are, for example, external wake-up requests by pressing a button in the last hour as well as internal requests by an application that must first be shut down properly.

Die vorgegebene Schwellenspannung ist von mehreren Faktoren abhängig, beispielswiese von der Art der Batteriezellen sowie dem Aufbau des Batteriemoduls. Beispielsweise hat die vorgegebene Schwellenspannung einen Wert von 7 V.The specified threshold voltage depends on several factors, for example on the type of battery cells and the structure of the battery module. For example, the specified threshold voltage has a value of 7 V.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Haltesignal dann an den Signaleingang des Managementsystems angelegt, wenn ein Fehler erkannt wird, welcher eine Abschaltung des Batteriemoduls verhindert. Das Haltesignal wird insbesondere dann an den Signaleingang angelegt, wenn ein sicherheitsrelevanter Fehler vorliegt, wegen dem ein Abschalten des Batteriemoduls nicht zulässig ist.According to a preferred development of the invention, the stop signal is then applied to the signal input of the management system when an error is detected which prevents the battery module from being switched off. The stop signal is applied to the signal input in particular when there is a safety-relevant error, because of which switching off the battery module is not permitted.

Beispielsweise wird das Haltesignal dann an den Signaleingang des Managementsystems angelegt, wenn ein dazu vorgesehener Knopf gedrückt wird, welcher außen auf einem Gehäuse des Batteriemoduls angeordnet ist. Ein Drücken des Knopfs verursacht beispielsweise ein Haltesignal für einen Zeitraum von 30 Minuten.For example, the hold signal is then applied to the signal input of the management system when a button provided for this purpose is pressed, which button is arranged outside on a housing of the battery module. For example, pressing the button causes a stop signal for a period of 30 minutes.

Beispielsweise wird das Haltesignal dann an den Signaleingang des Managementsystems angelegt, wenn ein entsprechendes Bluetooth-Signal detektiert wird. Das Bluetooth-Signal kommt insbesondere von einem unabhängig laufendem Bluetooth Chip, der eine Leitung zum Aufwecken des Batterie-Management-Systems besitzt. Eine Detektion des Bluetooth-Signals verursacht ebenfalls beispielsweise ein Haltesignal für einen Zeitraum von 30 Minuten.For example, the stop signal is then applied to the signal input of the management system when a corresponding Bluetooth signal is detected. The Bluetooth signal comes in particular from an independently running Bluetooth chip that has a line to wake up the battery management system. A detection of the Bluetooth signal also causes, for example, a stop signal for a period of 30 minutes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Abschaltung des Batteriemoduls ein Ladetransistor der Schalteinheit geöffnet, welcher im geöffneten Zustand einen Ladestrom sperrt. Ein Entladestrom kann auch bei geöffnetem Ladetransistor weiter fließen.According to an advantageous embodiment of the invention, when the battery module is switched off, a charging transistor of the switching unit is opened, which, in the open state, blocks a charging current. A discharge current can continue to flow even when the charging transistor is open.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Abschaltung des Batteriemoduls ein Entladetransistor der Schalteinheit geöffnet, welcher im geöffneten Zustand einen Entladestrom sperrt. Ein Ladestrom kann auch bei geöffnetem Entladetransistor weiter fließen.According to a further advantageous embodiment of the invention, when the battery module is switched off, a discharge transistor of the switching unit is opened which, in the open state, blocks a discharge current. A charging current can continue to flow even when the discharge transistor is open.

Es wird auch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriemodul umfasst dabei mindestens eine Batteriezelle, eine Schalteinheit und ein Managementsystem zum Ansteuern der Schalteinheit und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle. Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul mehrere Batteriezellen, welche insbesondere seriell verschaltet sind. Bei den Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um Lithium-Ionen-Batteriezellen.A battery module for a motor vehicle is also proposed. The battery module comprises at least one battery cell, a switching unit and a management system for controlling the switching unit and for monitoring the at least one battery cell. The battery module preferably comprises a plurality of battery cells, which are in particular connected in series. The battery cells are, for example, lithium-ion battery cells.

Erfindungsgemäß ist das Managementsystem des Batteriemoduls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Das Managementsystem ist also insbesondere dazu eingerichtet, eine Ausgangsspannung des Batteriemoduls zu messen, die gemessene Ausgangsspannung des Batteriemoduls mit einer vorgegebenen Schwellenspannung zu vergleichen, ein Anliegen eines Haltesignals an einem Signaleingang zu prüfen, und das Batteriemoduls abzuschalten, wenn die gemessene Ausgangsspannung kleiner als die vorgegebene Schwellenspannung ist, und wenn kein Haltesignal an dem Signaleingang anliegt.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 in particular to measure an output voltage of the battery module, to compare the measured output voltage of the battery module with a predetermined threshold voltage, to check whether a hold signal is present at a signal input, and to switch off the battery module if the measured output voltage is less than the predetermined one Is threshold voltage, and if there is no hold signal at the signal input.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Managementsystem des Batteriemoduls dazu eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Schalteinheit, eine Messeinheit zur Messung der Ausgangsspannung des Batteriemoduls und einen entsprechenden Signaleingang auf, an welchen ein Haltesignal angelegt werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, the management system of the battery module has a control unit for controlling the switching unit, a measuring unit for measuring the output voltage of the battery module and a corresponding signal input to which a stop signal can be applied.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schalteinheit des Batteriemoduls einen Ladetransistor, welcher im geöffneten Zustand einen Ladestrom sperrt, und einen Entladetransistor, welcher im geöffneten Zustand einen Entladestrom sperrt, auf. Der Ladetransistor und der Entladetransistor sind dabei vorteilhaft seriell in der Schalteinheit verschaltet.According to an advantageous development of the invention, the switching unit of the battery module has a charging transistor which blocks a charging current in the open state, and a discharge transistor which blocks a discharge current in the open state. The charging transistor and the discharging transistor are advantageously connected in series in the switching unit.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit des Batteriemoduls derart ausgestaltet, dass der Ladetransistor im geöffneten Zustand für einen Entladestrom leitend ist, und dass der Entladetransistor im geöffneten Zustand für einen Ladestrom leitend ist. Im geschlossenen Zustand sind der Ladetransistor und der Entladetransistor für einen Ladestrom und für einen Entladestrom leitend.The switching unit of the battery module is preferably designed in such a way that the charging transistor is conductive for a discharge current in the open state and that the discharge transistor is conductive for a charging current in the open state. In the closed state, the charging transistor and the discharging transistor are conductive for a charging current and for a discharging current.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Tiefentladung der Batteriezellen eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls vorteilhaft verhindert werden. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass ein sicherheitskritischer Zustand in den Batteriezellen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls eintritt. Ein Ausfall des Batteriemoduls wird somit verhindert. Wenn die Ausgangsspannung stak absinkt, nämlich unter die vorgegebene Schwellenspannung, so kann durch die Abschaltung des Batteriemoduls eine noch weitere Entladung, insbesondere eine Tiefentladung, vorteilhaft verhindert werden. Dadurch, dass das Managementsystem des Batteriemoduls beim Abschalten des Batteriemoduls ebenfalls abgeschaltet wird, verbraucht auch das Managementsystem keine Energie aus den Batteriezellen mehr. Die Schwellenspannung wird vorzugsweise derart vorgegeben, dass bei diesem Spannungswert bestimmte Verbraucher des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet werden, da deren Spannungsversorgung nicht mehr sicher gestellt ist. Durch das Haltesignal (Stay Awake Signal) kann das Abschalten des Batteriemoduls dabei verhindert werden, wenn aus sicherheitsrelevanten Gründen ein Abschalten des Batteriemoduls nicht zulässig ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn durch das Abschalten des Batteriemoduls sicherheitsrelevante Steuergeräte in dem Kraftfahrzeug ausfallen würden, da deren Spannungsversorgung wegfällt.By means of the method according to the invention, deep discharge of the battery cells of a battery module according to the invention can advantageously be prevented. This in particular prevents a safety-critical state from occurring in the battery cells of the battery module according to the invention. This prevents the battery module from failing. If the output voltage drops sharply, namely below the predetermined threshold voltage, then by switching off the battery module, a further discharge, in particular a deep discharge, can advantageously be prevented. Because the management system of the battery module is also switched off when the battery module is switched off, the management system no longer consumes any energy from the battery cells. The threshold voltage is preferably specified in such a way that certain consumers of the motor vehicle are switched off at this voltage value, since their voltage supply is no longer ensured. The stop signal (Stay Awake Signal) can prevent the battery module from being switched off if it is not permitted to switch off the battery module for safety-related reasons. This is the case, for example, if the shutdown of the battery module would cause safety-related control devices in the motor vehicle to fail because their voltage supply is no longer available.

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 following description.

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
  • 2 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 numerals, with a repeated description of these elements in individual cases being dispensed with. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 5. Das Batteriemodul 5 umfasst mehrere Batteriezellen 2, die seriell miteinander verschaltetet sind. Die Batteriezellen 2 sind vorliegend als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgeführt. Die Batteriezellen 2 sind elektrisch zwischen einem positiven Terminal 12 und einem negativen Terminal 11 angeordnet. Eine von den besagten Batteriezellen 2 gelieferte Spannung von beispielsweise 12 V oder 24 V liegt also zwischen dem positiven Terminal 12 und dem negativen Terminal 11 an. 1 shows a schematic representation of a battery module 5 . The battery module 5 includes multiple battery cells 2 that are interconnected in series. The battery cells 2 are in the present case designed as lithium-ion battery cells. The battery cells 2 are electrical between a positive terminal 12th and a negative terminal 11 arranged. One of the said battery cells 2 The voltage supplied, for example 12 V or 24 V, is therefore between the positive terminal 12th and the negative terminal 11 at.

Das Batteriemodul 5 umfasst auch einen negativen Pol 21 und einen positiven Pol 22. Zwischen dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 liegt eine Ausgangsspannung UA an. 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. Das negative Terminal 11 ist vorliegend mit dem negativen Pol 21 unmittelbar elektrisch verbunden.The battery module 5 also includes a negative pole 21 and a positive pole 22nd . Between the positive pole 22nd and the negative pole 21 an output voltage UA is present. When a charging current from the positive pole 22nd through the battery cells 2 to the negative pole 21 flows, so will the battery cells 2 loaded. When a discharge current from the negative pole 21 through the battery cells 2 to the positive pole 22nd flows, so will the battery cells 2 unload. The negative terminal 11 is present with the negative pole 21 directly electrically connected.

Das Batteriemodul 5 umfasst ferner eine Schalteinheit 60, die elektrisch seriell zu den Batteriezellen 2 geschaltet ist. Die Schalteinheit 60 weist dabei einen Ladetransistor 61 und einen Entladetransistor 62 auf. Die beiden Transistoren 61, 62 sind elektrisch seriell zwischen das positive Terminal 12 und den positiven Pol 22 geschaltet. Wenn die beiden Transistoren 61, 62 der Schalteinheit 60 geschlossen sind, so entspricht die Ausgangsspannung UA der von den Batteriezellen 2 gelieferten Spannung.The battery module 5 further comprises a switching unit 60 that are electrically in series with the battery cells 2 is switched. The switching unit 60 has a charging transistor 61 and a discharge transistor 62 on. The two transistors 61 , 62 are electrically in series between the positive terminal 12th and the positive pole 22nd switched. When the two transistors 61 , 62 the switching unit 60 are closed, the output voltage UA corresponds to that of the battery cells 2 supplied voltage.

Der Ladetransistor 61 ist als MOSFET ausgeführt. Der Ladetransistor 61 weist einen ansteuerbaren Ladeschalter 65 und eine Ladediode 63 auf. Die Ladediode 63 ist elektrisch parallel zu dem Ladeschalter 65 geschaltet. Der Ladetransistor 61 ist derart angeordnet, dass die Ladediode 63 für einen Entladestrom leitend ist und einen Ladestrom sperrt. Die Ladediode 63 ist dabei eine dem Ladetransistor 61 zugehörige Body-Diode oder Inversdiode.The charging transistor 61 is designed as a MOSFET. The charging transistor 61 has a controllable charging switch 65 and a charging diode 63 on. The charging diode 63 is electrically in parallel with the charging switch 65 switched. The charging transistor 61 is arranged such that the charging diode 63 is conductive for a discharge current and blocks a charging current. The charging diode 63 is one of the charging transistor 61 associated body diode or inverse diode.

Der Entladetransistor 62 ist ebenfalls als MOSFET ausgeführt. Der Entladetransistor 62 weist einen ansteuerbaren Entladeschalter 66 und eine Entladediode 64 auf. Die Entladediode 64 ist elektrisch parallel zu dem Entladeschalter 66 geschaltet. Der Entladetransistor 62 ist derart angeordnet, dass die Entladediode 64 für einen Ladestrom leitend ist und einen Entladestrom sperrt. Die Entladediode 64 ist dabei eine dem Entladetransistor 62 zugehörige Body-Diode oder Inversdiode.The discharge transistor 62 is also designed as a MOSFET. The discharge transistor 62 has a controllable discharge switch 66 and a discharge diode 64 on. The discharge diode 64 is electrically in parallel with the discharge switch 66 switched. The discharge transistor 62 is arranged such that the discharge diode 64 is conductive for a charging current and blocks a discharge current. The discharge diode 64 is one of the discharge transistor 62 associated body diode or inverse diode.

Wenn der Ladetransistor 61, und damit der Ladeschalter 65, geschlossen ist, so ist der Ladetransistor 61 für einen Ladestrom und für einen Entladestrom leitend. Wenn der Ladetransistor 61, und damit der Ladetransistor 61, geöffnet ist, so ist der Ladetransistor 61 für einen Ladestrom sperrend, aber für einen Entladestrom leitend. Wenn der Entladetransistor 62, und damit Entladeschalter 66, geschlossen ist, so ist der Entladetransistor 62 für einen Ladestrom und für einen Entladestrom leitend. Wenn der Entladetransistor 62, und damit der Entladeschalter 66, geöffnet ist, so ist der Entladetransistor 62 für einen Entladestrom sperrend, aber für einen Ladestrom leitend.When the charging transistor 61 , and with it the charging switch 65 , is closed, so is the charging transistor 61 conductive for a charging current and for a discharging current. When the charging transistor 61 , and with it the charging transistor 61 , is open, so is the charging transistor 61 blocking for a charging current, but conducting for a discharging current. When the discharge transistor 62 , and thus discharge switch 66 , is closed, so is the discharge transistor 62 conductive for a charging current and for a discharging current. When the discharge transistor 62 , and with it the discharge switch 66 , is open, so is the discharge transistor 62 Blocking for a discharge current, but conductive for a charging current.

Die beiden Transistoren 61, 62 der Schalteinheit 60 sind derart angeordnet, dass die Ladediode 63 und die Entladediode 64 elektrisch antiseriell geschaltet sind. Zwischen dem Ladetransistor 61 und dem Entladetransistor 62 ist ein Knotenpunkt 25 gebildet. Der Ladetransistor 61 ist vorliegend elektrisch zwischen den positiven Pol 22 und den Knotenpunkt 25 geschaltet. Der Entladetransistor 62 ist vorliegend elektrisch zwischen das positive Terminal 12 und den Knotenpunkt 25 geschaltet.The two transistors 61 , 62 the switching unit 60 are arranged such that the charging diode 63 and the discharge diode 64 are electrically connected in antiseries. Between the charging transistor 61 and the discharge transistor 62 is a hub 25th educated. The charging transistor 61 is present electrically between the positive pole 22nd and the node 25th switched. The discharge transistor 62 is presently electrical between the positive terminal 12th and the node 25th switched.

Das Batteriemodul 5 umfasst auch ein Managementsystem 30 zum Ansteuern der Schalteinheit 60 und zum Überwachen der der Batteriezellen 2. Ein Versorgungsausgang 31 des Managementsystems 30 ist mit dem negativen Terminal 11 und mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden. Ein Versorgungseingang 32 des Managementsystems 30 ist über eine Versorgungsdiode 81 mit dem Knotenpunkt 25 elektrisch verbunden. Die Versorgungsdiode 81 ist dabei für einen Versorgungsstrom von dem Knotenpunkt 25 zu dem Versorgungseingang 32 leitend.The battery module 5 also includes a management system 30th to control the switching unit 60 and to monitor the battery cells 2 . A supply outlet 31 of the management system 30th is with the negative terminal 11 and with the negative pole 21 electrically connected. A supply input 32 of the management system 30th is via a supply diode 81 with the node 25th electrically connected. The supply diode 81 is for a supply current from the node 25th to the supply input 32 conductive.

Das Managementsystem 30 weist eine Steuereinheit 33 zur Ansteuerung der Schalteinheit 60 auf. Die Steuereinheit 33 ist dazu mit den GATE-Anschlüssen der beiden Transistoren 61, 62 der Schalteinheit 60 verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung mittels der Steuereinheit 33 können di beiden Schalter 65, 66, und damit die beiden Transistoren 61, 62 der Schalteinheit 60 geöffnet sowie geschlossen werden.The management system 30th has a control unit 33 to control the switching unit 60 on. The control unit 33 is to do this with the GATE connections of the two Transistors 61 , 62 the switching unit 60 connected. By appropriate activation by means of the control unit 33 can do both switches 65 , 66 , and with it the two transistors 61 , 62 the switching unit 60 opened and closed.

Das Managementsystem 30 weist auch eine Messeinheit 34 zur Messung der Ausgangsspannung UA des Batteriemoduls 5 auf. Die Messeinheit 34 ist dazu mittels zweier Messleitungen mit dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden.The management system 30th also has a measuring unit 34 for measuring the output voltage UA of the battery module 5 on. The unit of measurement 34 is for this purpose by means of two measuring lines with the positive pole 22nd and the negative pole 21 electrically connected.

Das Managementsystem 30 weist ferner einen Signaleingang 35 auf. Im Betrieb des Batteriemoduls 5 kann an dem Signaleingang 35 ein Haltesignal anliegen, welches auch als „Stay Awake“ - Signal bezeichnet wird. Das besagte Haltesignal wird insbesondere dann an den Signaleingang 35 des Managementsystems 30 angelegt, wenn aus sicherheitsrelevanten Gründen ein Abschalten des Batteriemoduls 5 nicht zulässig ist.The management system 30th also has a signal input 35 on. During operation of the battery module 5 can at the signal input 35 a hold signal is present, which is also referred to as a “Stay Awake” signal. Said stop signal is then in particular sent to the signal input 35 of the management system 30th applied when the battery module is switched off for safety reasons 5 is not allowed.

Wenn der Ladetransistor 61, und damit der Ladeschalter 65, und der Entladetransistor 62, und damit Entladeschalter 66, geöffnet sind, so ist das Batteriemodul 5 durch die Schalteinheit 60 vollständig abgeschaltet. An dem Knotenpunkt 25 liegt in diesem Fall keine Spannung an, und damit liegt auch an dem Versorgungseingang 32 keine Spannung an. Das Managementsystem 30 ist somit ebenfalls abgeschaltet.When the charging transistor 61 , and with it the charging switch 65 , and the discharge transistor 62 , and thus discharge switch 66 , are open, the battery module is 5 through the switching unit 60 completely shut down. At the junction 25th in this case there is no voltage and therefore there is also at the supply input 32 no voltage on. The management system 30th is thus also switched off.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb des in 1 gezeigten Batteriemoduls 5 in einem Kraftfahrzeug. In einem Startschritt 101 ist das Kraftfahrzeug mit dem Batteriemodul 5 aktiv. 2 shows a schematic representation of a method for operating the in 1 shown battery module 5 in a motor vehicle. In one go 101 is the motor vehicle with the battery module 5 active.

In einem Schritt 102 wird die Ausgangsspannung UA des Batteriemoduls 5 von der Messeinheit 34 des Managementsystems 30 gemessen. Der gemessene Wert der Ausgangsspannung UA wird gespeichert.In one step 102 becomes the output voltage UA of the battery module 5 from the measuring unit 34 of the management system 30th measured. The measured value of the output voltage UA is saved.

In einem Schritt 106 wird die Ausgangsspannung UA des Batteriemoduls 5, die in dem vorherigen Schritt 102 gemessen wird, mit einer vorgegebenen Schwellenspannung verglichen. Die vorgegebene Schwellenspannung beträgt beispielsweise 7 V.In one step 106 becomes the output voltage UA of the battery module 5 that were in the previous step 102 is measured, compared with a predetermined threshold voltage. The specified threshold voltage is, for example, 7 V.

Wenn die gemessene Ausgangsspannung UA des Batteriemoduls 5 größer als die vorgegebene Schwellenspannung ist, so wird in einem Schritt 107 festgestellt, dass keine Abschaltung des Batteriemoduls 5 erforderlich ist. Das Batteriemodul 5 bleibt somit zugeschaltet. Das Verfahren endet anschließend mit einem Endschritt 120.If the measured output voltage UA of the battery module 5 is greater than the predetermined threshold voltage, then in one step 107 found that no shutdown of the battery module 5 is required. The battery module 5 thus remains connected. The process then ends with a final step 120 .

Wenn die gemessene Ausgangsspannung UA des Batteriemoduls 5 hingegen kleiner als die vorgegebene Schwellenspannung ist, so wird in einem folgenden Schritt 108 festgestellt, dass eine Abschaltung des Batteriemoduls 5 erforderlich sein könnte.If the measured output voltage UA of the battery module 5 however, is smaller than the predetermined threshold voltage, then in a following step 108 found that a shutdown of the battery module 5 might be required.

In einem folgenden Schritt 109 wird dann geprüft, ob ein Haltesignal an dem Signaleingang 35 des Managementsystems 30 anliegt.In a following step 109 it is then checked whether there is a hold signal at the signal input 35 of the management system 30th is applied.

Wenn ein Haltesignal an dem Signaleingang 35 des Managementsystems 30 anliegt, so bleibt das Batteriemodul 5 zugeschaltet. Das Verfahren endet anschließend mit dem Endschritt 120.When a hold signal at the signal input 35 of the management system 30th is present, the battery module remains 5 switched on. The method then ends with the final step 120 .

Wenn kein Haltesignal an dem Signaleingang 35 des Managementsystems 30 anliegt, so erfolgt in einem folgenden Schritt 110 eine Abschaltung des Batteriemoduls 5.If there is no stop signal at the signal input 35 of the management system 30th is applied in a following step 110 a shutdown of the battery module 5 .

Bei der Abschaltung des Batteriemoduls 5 werden beispielsweise der Ladetransistor 61 und der Entladetransistor 62 der Schalteinheit 60 geöffnet. Dies geschieht durch eine entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinheit des Managementsystems 30. Wenn der Ladetransistor 61 und der Entladetransistor 62 geöffnet sind, so kann weder ein Ladestrom noch ein Entladestrom durch die Schalteinheit 60 fließen. Auch an dem Versorgungseingang 32 des Managementsystems 30 liegt dann keine Spannung an. Das Managementsystem 30 ist somit ebenfalls abgeschaltet.When the battery module is switched off 5 become for example the charging transistor 61 and the discharge transistor 62 the switching unit 60 open. This is done by a corresponding activation by the control unit of the management system 30th . When the charging transistor 61 and the discharge transistor 62 are open, neither a charging current nor a discharging current can flow through the switching unit 60 flow. Also at the supply input 32 of the management system 30th there is then no voltage. The management system 30th is thus also switched off.

Es ist auch denkbar, dass bei der Abschaltung des Batteriemoduls 5 nur der Ladetransistor 61 der Schalteinheit 60 geöffnet wird, und der Entladetransistor 62 geschlossen bleibt.It is also conceivable that when the battery module is switched off 5 only the charging transistor 61 the switching unit 60 is opened, and the discharge transistor 62 remains closed.

Auch ist es ist auch denkbar, dass bei der Abschaltung des Batteriemoduls 5 nur der Entladetransistor 62 der Schalteinheit 60 geöffnet wird, und der Ladetransistor 61 geschlossen bleibt.It is also conceivable that when the battery module is switched off 5 only the discharge transistor 62 the switching unit 60 is opened, and the charging transistor 61 remains closed.

Nach der Abschaltung des Batteriemoduls 5 endet das Verfahren anschließend mit dem Endschritt 120.After the battery module has been switched off 5 the method then ends with the final step 120 .

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 range specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • JP 2013078233 A [0005]JP 2013078233 A [0005]

Claims (9)

Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls (5) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2), eine Schalteinheit (60) und ein Managementsystem (30) zum Ansteuern der Schalteinheit (60) und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2) umfasst, wobei eine Ausgangsspannung (UA) des Batteriemoduls (5) gemessen wird; die Ausgangsspannung (UA) mit einer Schwellenspannung verglichen wird; ein Anliegen eines Haltesignals an einem Signaleingang (35) geprüft wird; und wobei eine Abschaltung des Batteriemoduls (5) erfolgt, wenn die Ausgangsspannung (UA) kleiner als die Schwellenspannung ist, und wenn kein Haltesignal an dem Signaleingang (35) anliegt.Method for operating a battery module (5) in a motor vehicle, wherein the battery module (5) has at least one battery cell (2), a switching unit (60) and a management system (30) for controlling the switching unit (60) and for monitoring the at least one battery cell (2), an output voltage (UA) of the battery module (5) being measured; the output voltage (UA) is compared with a threshold voltage; the presence of a hold signal at a signal input (35) is checked; and where the battery module (5) is switched off, when the output voltage (UA) is less than the threshold voltage and when there is no hold signal at the signal input (35). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Haltesignal angelegt wird, wenn ein Fehler erkannt wird, welcher eine Abschaltung des Batteriemoduls (5) verhindert.Procedure according to Claim 1 , wherein the hold signal is applied when an error is detected which prevents the battery module (5) from being switched off. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Haltesignal angelegt wird, wenn ein dazu vorgesehener Knopf gedrückt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the hold signal is applied when a button provided for this purpose is pressed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Haltesignal angelegt wird, wenn ein entsprechendes Bluetooth-Signal detektiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the hold signal is applied when a corresponding Bluetooth signal is detected. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Abschaltung des Batteriemoduls (5) ein Ladetransistor (61) der Schalteinheit (60) geöffnet wird, welcher im geöffneten Zustand einen Ladestrom sperrt.Method according to one of the preceding claims, wherein when the battery module (5) is switched off, a charging transistor (61) of the switching unit (60) is opened which, in the open state, blocks a charging current. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Abschaltung des Batteriemoduls (5) ein Entladetransistor (62) der Schalteinheit (60) geöffnet wird, welcher im geöffneten Zustand einen Entladestrom sperrt.Method according to one of the preceding claims, wherein when the battery module (5) is switched off, a discharge transistor (62) of the switching unit (60) is opened, which, in the open state, blocks a discharge current. Batteriemodul (5) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Batteriezelle (2), eine Schalteinheit (60) und ein Managementsystem (30) zum Ansteuern der Schalteinheit (60) und zum Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Managementsystem (30) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist.Battery module (5) for a motor vehicle, comprising at least one battery cell (2), a switching unit (60) and a management system (30) for controlling the switching unit (60) and for monitoring the at least one battery cell (2), 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 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Managementsystem (30) eine Steuereinheit (33) zur Ansteuerung der Schalteinheit (60), eine Messeinheit (34) zur Messung der Ausgangsspannung (UA) des Batteriemoduls (5) und einen Signaleingang (35) aufweist.Battery module (5) Claim 7 , characterized in that the management system (30) has a control unit (33) for controlling the switching unit (60), a measuring unit (34) for measuring the output voltage (UA) of the battery module (5) and a signal input (35). Batteriemodul (5) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) einen Ladetransistor (61), welcher im geöffneten Zustand einen Ladestrom sperrt, und einen Entladetransistor (62), welcher im geöffneten Zustand einen Entladestrom sperrt, aufweistBattery module (5) according to one of the Claims 7 to 8th , characterized in that the switching unit (60) has a charging transistor (61) which blocks a charging current in the open state, and a discharge transistor (62) which blocks a discharge current in the open state
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