DE102020207865A1 - Battery system and method for operating a battery system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein fehlertolerantes Batteriesystem (10) und ein Verfahren zu dessen Betrieb. Das Batteriesystem (10) umfasst mindestens ein Batteriemodul (18, 20, 22), welches/welche zu mindestens einem Strang (12) zusammengefasst ist/sind, und eine Batteriesteuereinheit (40) zur Überwachung des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22), wobei das mindestens eine Batteriemodul (18, 20, 22) mehrere Batteriezellen (24, 26, 28, 30), die in Serienschaltung (34) und/oder in Parallelschaltung verschaltet sind, und eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) mit Master-Sensoren zur Erfassung von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) aufweist. Das mindestens eine Batteriemodul (18, 20, 22) weist ferner eine Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit (38) mit Slave-Sensoren zur Erfassung von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) auf, wobei die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) eine Auswertungselektronik (67) zum Auswerten der von den Master- und/oder den Slave-Sensoren erfassten Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) aufweist.

Figure DE102020207865A1_0000
The invention relates to a fault-tolerant battery system (10) and a method for its operation. The battery system (10) comprises at least one battery module (18, 20, 22), which is / are combined to form at least one string (12), and a battery control unit (40) for monitoring the at least one battery module (18, 20, 22) ), wherein the at least one battery module (18, 20, 22) has several battery cells (24, 26, 28, 30) connected in series (34) and / or in parallel, and a master battery cell monitoring unit (36) with master Sensors for detecting measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22). The at least one battery module (18, 20, 22) also has a slave battery cell monitoring unit (38) with slave sensors for recording measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22), the master battery cell monitoring unit (36) having evaluation electronics (67) for evaluating the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) recorded by the master and / or slave sensors and of the at least one battery module (18, 20, 22).
Figure DE102020207865A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, umfassend mindestens ein Batteriemodul, welches/welche zu mindestens einem Strang zusammengefasst ist/sind, und eine Batteriesteuereinheit zur Überwachung des mindestens einen Batteriemoduls, wobei das mindestens eine Batteriemodul mehrere Batteriezellen in Serienschaltung und/oder Parallelschaltung, und eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit mit Master-Sensoren zur Erfassung von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery system, comprising at least one battery module, which is / are combined to form at least one string, and a battery control unit for monitoring the at least one battery module, the at least one battery module having several battery cells connected in series and / or in parallel, and a master -Battery cell monitoring unit with master sensors for recording measured values of the battery cells and the at least one battery module. The invention also relates to a method for operating a battery system proposed according to the invention. The invention also relates to a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In heutigen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sind mehrere Batteriezellen nicht nur seriell miteinander verschaltet, sondern auch auf parallele Weise. Dadurch wird eine ausreichend hohe Batteriekapazität und damit eine hohe Fahrzeugreichweite erzielt, aber auch die erforderliche Leistung kann somit zur Verfügung gestellt werden. Eine Parallelschaltung solcher Batteriezellen erfolgt meistens innerhalb eines Batteriemoduls, wobei mehrere Batteriemodule seriell miteinander verbunden werden, um die erforderliche Batteriespannung zu erreichen. Zu jedem Batteriemodul gehört eine Batteriezellüberwachungseinheit (Cell Supervising Circuit, CSC), welche die einzelnen Batteriezellenspannungen und die Temperatur(en) im Batteriemodul misst und an eine übergeordnete Batteriesteuereinheit (Battery Control Unit, BCU) zur weiteren Auswertung weiterleitet.In today's electrically powered vehicles, several battery cells are not only connected to one another in series, but also in parallel. This achieves a sufficiently high battery capacity and thus a long vehicle range, but the required power can also be made available. Such battery cells are usually connected in parallel within a battery module, with several battery modules being connected to one another in series in order to achieve the required battery voltage. Each battery module has a battery cell monitoring unit (Cell Supervising Circuit, CSC), which measures the individual battery cell voltages and the temperature (s) in the battery module and forwards it to a higher-level battery control unit (BCU) for further evaluation.

Für autonom betriebene elektrische Fahrzeuge (Electric Vehicle, EV) gelten besondere Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der Fahrtüchtigkeit des Fahrzeugs, da ein Liegenbleiben solcher Fahrzeuge nicht zugelassen ist. Diese Fahrzeuge müssen je nach Automatisierungsgrad ein bestimmtes Sicherheitslevel (Safe Stop Level, SSL) erfüllen. Hierzu werden sie nach unterschiedlichen Risikostufen klassifiziert (Automotive Safety Integrity Level, ASIL), was mit erhöhten Anforderungen an das Batteriedesign verbunden ist. Weniger fehleranfällige Systeme oder gar fehlertolerante Systeme können eine Redundanz, d. h. eine Verdopplung, einzelner Teilkomponenten bis hin zur Verdopplung des gesamten Batteriesystems bedeuten.For autonomously operated electric vehicles (Electric Vehicle, EV), special requirements apply, in particular with regard to the driving ability of the vehicle, since such vehicles are not permitted to break down. Depending on the degree of automation, these vehicles must meet a certain security level (Safe Stop Level, SSL). For this purpose, they are classified according to different risk levels (Automotive Safety Integrity Level, ASIL), which is associated with increased demands on the battery design. Less error-prone systems or even fault-tolerant systems can have redundancy, i. H. A duplication of individual subcomponents up to doubling the entire battery system.

Heutige fehlertolerante Batteriesysteme umfassen jeweils eine Master- und eine Slave-Batteriesteuereinheit sowie Master- und Slave-Batteriezellenüberwachungseinheiten. Weist eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit, welche mit der Master-Batteriesteuereinheit in Verbindung steht, einen Fehlerverdacht auf, so wird eine der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit entsprechende Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit, welche mit der Slave-Batteriesteuereinheit in Verbindung steht, zugeschaltet und übermittelt die Messwerte, wie beispielsweise Spannungs- und Temperaturwerte, an die Slave-Batteriesteuereinheit. Diese überträgt die Messwerte via einen Kommunikations-Bus, wie zum Beispiel CAN-Bus, an die Master-Batteriesteuereinheit, welche die Auswertung der Messwerte vornimmt sowie die Bestimmung der Eindeutigkeit der Fehlerzuordnung, wie beispielsweise Sensor- oder Zellfehler.Today's fault-tolerant battery systems each include a master and a slave battery control unit as well as master and slave battery cell monitoring units. If a master battery cell monitoring unit, which is connected to the master battery control unit, suspects an error, a slave battery cell monitoring unit corresponding to the master battery cell monitoring unit, which is connected to the slave battery control unit, is switched on and transmits the measured values, for example Voltage and temperature values to the slave battery control unit. This transmits the measured values via a communication bus, such as a CAN bus, to the master battery control unit, which evaluates the measured values and determines the uniqueness of the error allocation, such as sensor or cell errors.

Das Dokument WO 2019/211659 A1 beschreibt Ausführungsformen eines Flugzeugüberwachungssystems für ein Elektro- oder Hybridflugzeug. Das Flugzeugüberwachungssystem kann so konstruiert sein, dass das Elektro- oder Hybridflugzeug die Zertifizierungsanforderungen für eine Sicherheitsrisikoanalyse erfüllen kann. Das Flugzeugüberwachungssystem kann verschiedene Subsysteme zum Überwachen und Warnen von Ausfällen von Komponenten, wie beispielsweise einer Stromquelle zum Antreiben eines Elektromotors, des Elektro- oder Hybridflugzeugs aufweisen.The document WO 2019/211659 A1 describes embodiments of an aircraft monitoring system for an electric or hybrid aircraft. The aircraft monitoring system can be designed so that the electric or hybrid aircraft can meet the certification requirements for a safety risk analysis. The aircraft monitoring system can have various subsystems for monitoring and warning of failures of components, such as, for example, a power source for driving an electric motor, the electric or hybrid aircraft.

Das Dokument US 10,189,354 B2 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen und einem Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung der Batteriezellen, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät aufweist, sowie eine erste Messkette und eine zweite Messkette mit jeweils mehreren Messchips, die zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen und jeweils zur Durchführung von Diagnosen und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen eingerichtet sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Batteriesystem einen Kontrollkanal aufweist, über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten festgelegt wird, wobei im Falle des Ausfalls einer der Messketten das Batteriesystem in einen Modus reduzierter Verfügbarkeit überführt wird und der Hierarchiezustand eingestellt wird, dass die andere Messkette die Erfassung der Messdaten, die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt.The document US 10,189,354 B2 describes a method for operating a battery system with several battery cells and a battery management system for monitoring and controlling the battery cells, the battery management system having a main control device, as well as a first measuring chain and a second measuring chain, each with several measuring chips, which are used for the redundant acquisition of measured data on the battery cells and are each set up to carry out diagnoses and a state of charge equalization of the battery cells. It is provided that the battery system has a control channel via which a hierarchical status of the two measurement chains is determined, with the battery system being switched to a mode of reduced availability in the event of failure of one of the measurement chains and the hierarchy status being set so that the other measurement chain does the detection the measurement data, the diagnoses and the charge balance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Batteriesystem vorgeschlagen, das mindestens ein Batteriemodul, welches/welche zu mindestens einem Strang zusammengefasst ist/sind, und eine Batteriesteuereinheit zur Überwachung des mindestens einen Batteriemoduls umfasst. Dabei weist das mindestens eine Batteriemodul mehrere Batteriezellen, die in Serienschaltung und/oder in Parallelschaltung verschaltet sind, und eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit mit Master-Sensoren zur Erfassung von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls auf.A battery system is proposed which comprises at least one battery module, which is / are combined to form at least one string, and a battery control unit for monitoring the at least one battery module. In this case, the at least one battery module has a plurality of battery cells that are connected in series and / or in parallel, and a master battery cell monitoring unit with master sensors for recording measured values of the Battery cells and the at least one battery module.

Erfindungsgemäß weist das mindestens eine Batteriemodul eine Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit mit Slave-Sensoren zur Erfassung von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls auf. Dabei weist die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit eine Auswertungselektronik zum Auswerten der von den Master- und/oder den Slave-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls auf.According to the invention, the at least one battery module has a slave battery cell monitoring unit with slave sensors for recording measured values from the battery cells and from the at least one battery module. The master battery cell monitoring unit has evaluation electronics for evaluating the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master and / or slave sensors.

Zu den von den Sensoren erfassten Messwerten gehören beispielsweise eine Temperatur und eine Spannung jeder einzelnen Batteriezelle sowie eine Temperatur und eine Spannung des gesamten Batteriemoduls.The measured values recorded by the sensors include, for example, a temperature and a voltage of each individual battery cell and a temperature and a voltage of the entire battery module.

Die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit kommuniziert dabei sowohl mit der Batteriesteuereinheit, als auch mit der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit. Dadurch besteht folglich auch keine direkte Verbindung/Ansteuerung mehr zur Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit. Beispielsweise werden von den Slave-Sensoren erfasste Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit übertragen und mittels der Auswertungselektronik mit entsprechenden, von den Master-Sensoren erfassten Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls verglichen. Von der Auswertungselektronik ausgewertete Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls werden beispielsweise von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Batteriesteuereinheit übertragen.The master battery cell monitoring unit communicates with both the battery control unit and the slave battery cell monitoring unit. As a result, there is consequently no longer any direct connection / control to the slave battery cell monitoring unit. For example, measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the slave sensors are transmitted from the slave battery cell monitoring unit to the master battery cell monitoring unit and compared by means of the evaluation electronics with corresponding measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors. Measured values of the battery cells and of the at least one battery module evaluated by the evaluation electronics are transmitted, for example, from the master battery cell monitoring unit to the battery control unit.

Vorzugsweist ist das mindestens eine Batteriemodul als ein asymmetrisches Batteriemodul ausgebildet, d. h. nur die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit weist eine Auswertungselektronik auf, während die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit als Standardkomponente ausgebildet ist und keine Auswertungselektronik aufweist.The at least one battery module is preferably designed as an asymmetrical battery module, i. H. only the master battery cell monitoring unit has evaluation electronics, while the slave battery cell monitoring unit is designed as a standard component and has no evaluation electronics.

Die Batteriesteuereinheit kann beispielsweise ASIL-D-fähige Prozessorarchitekturen aufweisen, die (mehrfach) redundant bezüglich Speicher, Logik, Überwachung sowie Kommunikation ausgeführt sind. Somit wird ein Betreib ohne eine weitere/redundante Batteriesteuereinheit ermöglicht.The battery control unit can have, for example, ASIL-D-capable processor architectures that are (multiple) redundant with regard to memory, logic, monitoring and communication. This enables operation without a further / redundant battery control unit.

Die Batteriesteuereinheit kann auch mit der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit kommunizieren. Beispielsweise werden von den Slave-Sensoren erfasste Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Batteriesteuereinheit übertragen.The battery control unit can also communicate with the slave battery cell monitoring unit. For example, measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the slave sensors are transmitted from the slave battery cell monitoring unit to the battery control unit.

Die Master-und die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit weisen dabei jeweils einen A/D-Wandler zur Umwandlung der analogen Signalwerte der Sensoren in digitale Signalwerte auf. Als Eingangswerte dienen diese digitalen Signalwerte sowohl der Auswertungselektronik zum Auswerten der von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls, als auch der Batteriesteuereinheit zur Bestimmung weiterer Größen, beispielsweise des Ladezustands (State of Charge, SoC), des Alterungszustands (State of Health, SoH) sowie des prädizierten Stroms.The master and slave battery cell monitoring units each have an A / D converter for converting the analog signal values from the sensors into digital signal values. These digital signal values are used as input values both by the evaluation electronics for evaluating the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master and slave sensors, as well as by the battery control unit for determining further variables, for example the state of charge (SoC) , the state of health (SoH) and the predicted current.

Vorzugsweise weist die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit eine redundante Auswertungselektronik auf. Somit kann einem Ausfall der Auswertungselektronik durch diese redundante Auswertungselektronik entgegenwirkt werden.The master battery cell monitoring unit preferably has redundant evaluation electronics. A failure of the evaluation electronics can thus be counteracted by this redundant evaluation electronics.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene, insbesondere fehlertolerant ausgebildete, Batteriesystem zeichnet sich durch einen Aufbau aus Standardkomponenten aus, die einerseits eine möglichst kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen fehlertoleranten Batteriesystems begünstigen und andererseits hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Bauelemente äußerst einfach und günstig aufgebaut sind. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystem umfasst die Serienschaltung innerhalb der Batteriemodule mindestens eine Batteriezelle als 1p-Anordnung oder mindestens zwei parallel verschaltete Batteriezellen als Xp-Anordnung.The battery system proposed according to the invention, in particular designed to be fault-tolerant, is characterized by a structure made up of standard components which, on the one hand, facilitate the most cost-effective production of the fault-tolerant battery system proposed according to the invention and, on the other hand, are extremely simple and inexpensive in terms of the number of components used. In the battery system proposed according to the invention, the series connection within the battery modules comprises at least one battery cell as a 1p arrangement or at least two battery cells connected in parallel as an Xp arrangement.

Des Weiteren ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene fehlertolerante Batteriesystem so ausgeführt, dass dieses erste Kopplungseinrichtungen aufweist, mit denen Batteriemodule aus dem Strang abgeschaltet und über Umgehungsleitungen, die zweite Kopplungseinrichtungen umfassen, überbrückbar sind.Furthermore, the fault-tolerant battery system proposed according to the invention is designed in such a way that it has first coupling devices with which battery modules are disconnected from the string and can be bridged via bypass lines which include second coupling devices.

Alternativ zur vorstehend genannten Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen fehlertoleranten Batteriesystems kann dieses innerhalb der einzelnen Batteriemodule erste Kopplungseinrichtungen umfassen, mit denen einzelne Batteriezellen oder einzelne Batteriezellenpakete, die jeweils mehrere parallel verschaltete Batteriezellen umfassen, innerhalb des Batteriemoduls abgeschaltet und über eine Umgehungsleitung, in der zweite Kopplungseinrichtungen aufgenommen sind, überbrückt werden können.As an alternative to the above-mentioned possible embodiment of the fault-tolerant battery system proposed according to the invention, it can comprise first coupling devices within the individual battery modules, with which individual battery cells or individual battery cell packs, each comprising several battery cells connected in parallel, are switched off within the battery module and incorporated into the second coupling device via a bypass line can be bridged.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems, umfassend zumindest nachfolgende Verfahrensschritte:

  • - Erfassen von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Master-Sensoren;
  • - Auswerten der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls;
  • - Überprüfen der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls auf Plausibilität/Fehlerverdacht;
  • - Antriggern eines Erfassens von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Slave-Sensoren im Fehlerverdachtsfall oder Fortführen des Erfassens der Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Master-Sensoren bei Plausibilität.
The invention also relates to a method for operating a The battery system proposed according to the invention, comprising at least the following method steps:
  • - Acquisition of measured values of the battery cells and of the at least one battery module by the master sensors;
  • - Evaluation of the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors;
  • - Checking the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors for plausibility / suspected faults;
  • - Triggering of the recording of measured values of the battery cells and the at least one battery module by the slave sensors in the event of a suspected fault or continued recording of the measured values of the battery cells and of the at least one battery module by the master sensors in the event of plausibility.

Das Auswerten der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls erfolgt durch einen Vergleich dieser Messwerte innerhalb des mindestens einen Batteriemoduls. Dabei werden insbesondere die Messwerte für eine Spannung der einzelnen Batteriezellen und die Messwerte für eine Modultemperatur miteinander verglichen. Das Auswerten der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls kann beispielsweise mittels der Auswertungselektronik erfolgen.The measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors are evaluated by comparing these measured values within the at least one battery module. In particular, the measured values for a voltage of the individual battery cells and the measured values for a module temperature are compared with one another. The evaluation of the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors can be carried out, for example, by means of the evaluation electronics.

Umfasst das erfindungsgemäß vorgeschlagene Batteriesystem mehrere Batteriemodule, erfolgt das Auswerten der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriemodule durch einen Vergleich dieser Messwerte innerhalb des Batteriesystems. Dabei werden insbesondere die Messwerte für eine Temperatur der einzelnen Batteriemodule miteinander verglichen. Nachfolgend wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren anhand von Messwerte der Batteriezellen eines Batteriemoduls beschrieben. Das Verfahren ist analog für die Messwerte der Batteriemodule durchführbar.If the battery system proposed according to the invention comprises several battery modules, the evaluation of the measured values of the battery modules recorded by the master sensors takes place by comparing these measured values within the battery system. In particular, the measured values for a temperature of the individual battery modules are compared with one another. The method proposed according to the invention is described below on the basis of measured values from the battery cells of a battery module. The procedure can be carried out in the same way for the measured values of the battery modules.

Danach werden die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls auf Plausibilität/Fehlerverdacht überprüft.The measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors are then checked for plausibility / suspected faults.

Ein Fehlerverdacht liegt vor, wenn mindestens ein von den Master-Sensoren erfasster Messwert mindestens einer der Batteriezellen von entsprechenden von den Master-Sensoren erfassten Messwerten der übrigen Batteriezellen des mindestens einen Batteriemoduls signifikant abweicht. Das gleiches gilt auch für Messwerte der Batteriemodule.An error is suspected if at least one measured value of at least one of the battery cells recorded by the master sensors deviates significantly from corresponding measured values of the other battery cells of the at least one battery module recorded by the master sensors. The same applies to the measured values of the battery modules.

In diesem Zusammenhang weichen zwei Messwerte signifikant voneinander ab, wenn eine Differenz der beiden Messwerte einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert ist dabei vorzugsweise größer als eine Messgenauigkeit der Master-Sensoren. Dadurch wird verhindert, dass durch einfache Messfehler der Master-Sensoren fälschlicherweise ein Defekt erkannt wird.In this context, two measured values deviate significantly from one another if a difference between the two measured values exceeds a predetermined threshold value. The threshold value is preferably greater than a measurement accuracy of the master sensors. This prevents a defect from being incorrectly recognized by simple measurement errors in the master sensors.

Eine Plausibilität liegt vor, wenn die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls annährend gleich sind.It is plausible if the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded by the master sensors are approximately the same.

In diesem Zusammenhang werden zwei Messwerte als annähernd gleich bezeichnet, wenn eine Differenz der beiden Messwerte den besagten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet oder gleich dem Schwellenwert ist. Dadurch wird verhindert, dass durch einfache Messfehler der Master-Sensoren fälschlicherweise ein Defekt in der besagten Batteriezelle oder in dem besagten Batteriemodul erkannt wird.In this context, two measured values are referred to as being approximately the same if a difference between the two measured values falls below the said predetermined threshold value or is equal to the threshold value. This prevents a defect in the said battery cell or in the said battery module from being incorrectly recognized as a result of simple measurement errors in the master sensors.

In diesem Fall erfassen die Master-Sensoren plausible bzw. fehlerfreie Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls fortführend, um stets aktuelle Batteriezellen-Zustandswerte, wie beispielsweise Spannung und Temperatur, zu ermitteln. Die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte werden dabei von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Batteriesteuereinheit zur Bestimmung weiterer Größen, beispielsweise des Ladezustands, des Alterungszustands sowie des prädizierten Stroms, übertragen.In this case, the master sensors continuously record plausible or error-free measured values of the battery cells and of the at least one battery module in order to always determine current battery cell status values, such as voltage and temperature. The measured values recorded by the master sensors are transmitted from the master battery cell monitoring unit to the battery control unit to determine further variables, for example the state of charge, the state of aging and the predicted current.

Im Fehlerverdachtsfall wird ein Erfassen von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Slave-Sensoren angetriggert. In diesem Fall werden zumindest nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen:

  • - Gleichzeitiges Erfassen von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Master- und die Slave-Sensoren;
  • - Übertragen der von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit;
  • - Auswerten der gleichzeitig von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls und Überprüfen, ob der Fehlerverdacht bestätigt wurde;
  • - Ermitteln der Fehlerart, falls der Fehlerverdacht bestätigt wird oder Fortführen des Erfassens von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Master-Sensoren, falls der Fehlerverdacht nicht bestätigt wird;
  • - Übertragen von ausgewerteten Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit zu der Batteriesteuereinheit.
If a fault is suspected, the slave sensors trigger the acquisition of measured values from the battery cells and from the at least one battery module. In this case, at least the following procedural steps are carried out:
  • - Simultaneous acquisition of measured values of the battery cells and of the at least one battery module by the master and slave sensors;
  • - Transmitting the measured values recorded by the slave sensors from the slave battery cell monitoring unit to the master battery cell monitoring unit;
  • - Evaluation of the measured values of the battery cells and of the at least one battery module recorded simultaneously by the master and slave sensors and checking whether the suspected fault has been confirmed;
  • - Determination of the type of error, if the suspected error is confirmed or continued recording of measured values of the battery cells and the at least one battery module by the master Sensors, if the suspicion is not confirmed;
  • - Transmission of evaluated measured values of the battery cells and of the at least one battery module from the master battery cell monitoring unit to the battery control unit.

Das gleichzeitige Erfassen von Messwerten der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls durch die Master- und Slave-Sensoren kann beispielsweise durch die Auswertungselektronik der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit angetriggert werden.The simultaneous acquisition of measured values of the battery cells and of the at least one battery module by the master and slave sensors can be triggered, for example, by the evaluation electronics of the master battery cell monitoring unit.

Vorteilhaft werden nur Messwerte von fehlerverdächtigen Batteriezellen sowie von fehlerverdächtigen Batteriemodulen von den Slave-Sensoren erfasst und von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit zur der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit übertragen.Advantageously, only measured values from suspect battery cells and from suspect battery modules are recorded by the slave sensors and transmitted from the slave battery cell monitoring unit to the master battery cell monitoring unit.

Die von der Auswertungselektronik ausgewerteten Messwerte der Batteriezellen sowie des mindestens einen Batteriemoduls, also die fehlerfreien Messwerte und die korrekten Messwerte werden dann von der Master-Batterieüberwachungseinheit zu der Batteriesteuereinheit übertragen, die der Batteriesteuereinheit als Eingangswerte zur Bestimmung von zumindest einer Batteriemodulspannung, einer Batteriepackspannung, eines Ladezustands, eines Alterungszustands, eines prädiktiven Stroms und/oder weiterer Größen dienen.The measured values of the battery cells and of the at least one battery module evaluated by the evaluation electronics, i.e. the error-free measured values and the correct measured values, are then transmitted from the master battery monitoring unit to the battery control unit, which the battery control unit uses as input values for determining at least one battery module voltage, a battery pack voltage, a State of charge, an aging state, a predictive current and / or other variables are used.

Was unter fehlerfreien und korrekten Messwerten zu verstehen ist, wird anhand der folgenden Fallunterscheidung deutlich.What is to be understood by error-free and correct measured values becomes clear from the following case distinction.

Im Fehlerfall, d. h. der Fehlerverdacht wurde bestätigt, erfasst ein Master-Sensor einen zu kleinen/großen Messwert im Vergleich zu den Messwerten, die von anderen Master-Sensoren der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit erfasst werden. Die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit ermittelt mit den Slave-Sensoren Messwerte der Batteriezellen des mindestens einen Batteriemoduls und überträgt die Messwerte zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit. Mittels der Auswertungselektronik der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit werden die von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten Messwerte durch eine Auswertungselektronik ausgewertet. Das Auswerten erfolgt durch Vergleichen der von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten Messwerte.In the event of an error, i. H. the suspicion of an error was confirmed, a master sensor records a measured value that is too small / large compared to the measured values that are recorded by other master sensors of the master battery cell monitoring unit. The slave battery cell monitoring unit uses the slave sensors to determine measured values of the battery cells of the at least one battery module and transmits the measured values to the master battery cell monitoring unit. By means of the evaluation electronics of the master battery cell monitoring unit, the measured values recorded by the master and slave sensors are evaluated by evaluation electronics. The evaluation is carried out by comparing the measured values recorded by the master and slave sensors.

Dabei wird ein Zellenfehler in der besagten Batteriezelle erkannt, wenn der von den Master-Sensoren erfasste Messwert von entsprechenden Messwerten, die von den Master-Sensoren der übrigen Batteriezellen des mindestens einen Batteriemoduls erfasst werden, signifikant abweicht, und wenn der von den Slave-Sensoren erfasste entsprechende Messwert der besagten Batteriezelle annähernd gleich dem von den Master-Sensoren erfassten Messwert der besagten Batteriezelle ist. Das bedeutet, dass auch der von den Slave-Sensoren erfasste Messwert der besagten Batteriezelle von entsprechenden Messwerten, die von den Slave-Sensoren der übrigen Batteriezellen des mindestens einen Batteriemoduls erfasst werden, signifikant abweicht. Der von den Master-Sensoren erfasste Messwert der besagten Batteriezelle wird als korrekter Messwert zu der Batteriesteuereinheit übertragen. Ein Batteriemanagementsystem leitet dann entsprechende Maßnahmen ein.A cell fault in the said battery cell is detected when the measured value recorded by the master sensors deviates significantly from corresponding measured values recorded by the master sensors of the other battery cells of the at least one battery module, and when that of the slave sensors detected corresponding measured value of said battery cell is approximately equal to the measured value of said battery cell detected by the master sensors. This means that the measured value of said battery cell recorded by the slave sensors also deviates significantly from corresponding measured values recorded by the slave sensors of the other battery cells of the at least one battery module. The measured value of the said battery cell recorded by the master sensors is transmitted to the battery control unit as a correct measured value. A battery management system then initiates appropriate measures.

Dabei wird ein Fehler in mindestens einem Master-Sensor der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit erkannt, wenn der von den Slave-Sensoren erfasste entsprechende Messwert der besagten Batteriezelle von dem von der Master-Sensoren erfassten Messwert der besagten Batteriezelle signifikant abweicht. Neben den Messwerten der Batteriezellen, welche einen plausiblen/fehlerfreien Messwert aufweisen, der von der Master-Sensoren erfasst wurde, wird jetzt den Messwert, welcher von der Slave-Sensoren erfasst wurde, als korrekter Messwert zu der Batteriesteuereinheit übertragen.A fault is detected in at least one master sensor of the master battery cell monitoring unit if the corresponding measured value of said battery cell recorded by the slave sensors deviates significantly from the measured value of said battery cell recorded by the master sensors. In addition to the measured values of the battery cells, which have a plausible / error-free measured value that was recorded by the master sensors, the measured value that was recorded by the slave sensors is now transmitted as a correct measured value to the battery control unit.

Die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit überwacht dabei nicht nur die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte, sondern auch die von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte, wodurch die intrinsische Fehlertoleranz der Batteriezellenüberwachungseinheit gegeben ist.The master battery cell monitoring unit not only monitors the measured values recorded by the master sensors, but also the measured values recorded by the slave sensors, whereby the intrinsic fault tolerance of the battery cell monitoring unit is given.

Ein weiterer Fehler, der auftreten kann, ist ein Fehler/Ausfall eines A/D-Wandlers der Master- oder der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit.Another error that can occur is an error / failure of an A / D converter of the master or the slave battery cell monitoring unit.

Fällt der A/D-Wandler der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit aus, so werden alle von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte in der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit nur durchgeschleift, da kein Vergleich mit den von den Master-Sensoren erfassten Messwerten erfolgen kann, und an die Batteriesteuereinheit weitergeleitet.If the A / D converter of the master battery cell monitoring unit fails, all measured values recorded by the slave sensors are only looped through in the master battery cell monitoring unit, since no comparison can be made with the measured values recorded by the master sensors, and to the battery control unit forwarded.

Fällt der A/D-Wandler der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit aus, so erfolgt die Messwerteweiterleitung an die Batteriesteuereinheit rein von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit.If the A / D converter of the slave battery cell monitoring unit fails, the measured values are forwarded to the battery control unit purely from the master battery cell monitoring unit.

Im A/D-Wandler-Fehlerfall entfällt eine Doppel-/Mehrfachfehlerbetrachtung. In allen anderen Fehlerfällen, wie beispielsweise Ausfall mehrerer Sensoren einer Batteriezellenüberwachungseinheit, wird durch das beschriebene Verfahren ein Doppel-/Mehrfachfehler richtig erkannt und damit ein fehlertoleranter Betrieb, ohne Beeinträchtigung der Fahrtüchtigkeit oder der Reichweite, ist sichergestellt.In the event of an A / D converter error, there is no double / multiple error analysis. In all other error cases, such as failure of several sensors in a battery cell monitoring unit, the method described correctly detects a double / multiple error and thus a Fault-tolerant operation without impairing driving ability or range is ensured.

Die Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt mittels eines Batteriesystems, welches weitestgehend in kostengünstiger Weise aus Standardkomponenten aufgebaut ist. Zudem ermöglicht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eine eindeutige Fehlerdetektion, sodass beispielsweise an autonom fahrende elektrisch angetriebene Fahrzeuge gestellte Sicherheitsstandards erfüllt werden können.The method proposed according to the invention is carried out by means of a battery system which is largely constructed in a cost-effective manner from standard components. In addition, the method proposed according to the invention enables clear error detection so that, for example, safety standards set for autonomously driving electrically powered vehicles can be met.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lässt sich als ausführbares Computerprogramm in einer Steuereinheit der Auswerteelektronik umsetzen. In der Batteriesteuereinheit entfällt dadurch die Signalauswertung. Lediglich die weiteren Ausführungen im Batteriemanagementsystem auf Basis der „korrekten“ Daten finden dort statt.The method proposed according to the invention can be implemented as an executable computer program in a control unit of the evaluation electronics. This means that there is no signal evaluation in the battery control unit. Only the further statements in the battery management system based on the "correct" data take place there.

Auch in Brennstoffzellenspeichern, wenn die Messwerte der einzelnen Stacks mittels Brennstoffzellenüberwachungseinheit überwacht werden, kann in fehlertoleranten Systemen der beschriebene Aufbau mit dem Verfahren zur Anwendung kommen.In fuel cell storage systems, too, when the measured values of the individual stacks are monitored by means of a fuel cell monitoring unit, the described structure with the method can be used in fault-tolerant systems.

Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem umfasst und/oder das eingerichtet ist, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durchzuführen.Finally, the present invention relates to a motor vehicle which comprises a battery system proposed according to the invention and / or which is set up to carry out the method proposed according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in Gestalt des fehlertoleranten Batteriesystems sowie in Gestalt des Verfahrens zum Betreiben des erfindungsgemäß vorgeschlagenen fehlertoleranten Batteriesystems ermöglicht den Einsatz redundanter Elektronikkomponenten zur Erreichung eines höheren ASIL (Automotive Safety Integrity Level) beziehungsweise eines für autonom fahrende Fahrzeuge geltenden Sicherheitsstandards SSL (Safe Stop Level). Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lassen sich durch Einsatz von Standard-Hardwarebauelementen die genannten Sicherheitslevel auf kostengünstige Weise realisieren. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines fehlertoleranten Batteriesystems lässt sich eine eindeutige Fehlerdetektion erreichen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann nicht nur Einzel- sondern auch Mehrfachfehler behandeln. Es können Batteriezellenfehler oder Sensorik-/Elektronikfehler eindeutig erkannt werden. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren beziehungsweise durch softwaretechnische Erweiterung der Auswertungselektronik ist ein frühzeitiges Erkennen einer Signaldrift möglich und damit einhergehend eine prädiktive Diagnosemöglichkeit für autonom fahrende elektrische Fahrzeuge gegeben.The solution proposed according to the invention in the form of the fault-tolerant battery system and in the form of the method for operating the fault-tolerant battery system proposed according to the invention enables the use of redundant electronic components to achieve a higher ASIL (Automotive Safety Integrity Level) or a safety standard SSL (Safe Stop Level) that applies to autonomously driving vehicles ). With the solution proposed according to the invention, the stated security levels can be implemented in a cost-effective manner through the use of standard hardware components. The method proposed according to the invention for operating a fault-tolerant battery system enables unambiguous fault detection to be achieved. The method proposed according to the invention can handle not only single but also multiple errors. Battery cell errors or sensor / electronic errors can be clearly identified. With the method proposed according to the invention or with software expansion of the evaluation electronics, early detection of a signal drift is possible and, as a result, there is a predictive diagnostic option for autonomously driving electric vehicles.

Des Weiteren stellt das erfindungsgemäß vorgeschlagene fehlertolerante Batteriesystem einen sicheren Betrieb eines autonom fahrenden Fahrzeugs sicher, welches auch bei Auftreten von Batteriezellenfehlern nicht liegen bleibt, sondern zumindest eingeschränkt fahrtüchtig verbleibt, sodass auch bei aufgetretenem Fehler eine einmal angetretene Fahrt fortgesetzt und beendet werden kann.Furthermore, the fault-tolerant battery system proposed according to the invention ensures safe operation of an autonomously driving vehicle, which does not stop even if battery cell faults occur, but remains at least partially roadworthy, so that a journey that has already started can be continued and ended even if an error has occurred.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in Gestalt des fehlertoleranten Batteriesystems sowie in Gestalt des Verfahrens zum Betreiben des erfindungsgemäß vorgeschlagenen fehlertoleranten Batteriesystems erfolgt die Signalauswertung in der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit, somit wird die Belastung der Kommunikationsleitungen zwischen den Master-Batteriezellenüberwachungseinheit und der Batteriesteuereinheit deutlich reduziert. Ein Komplettausfall der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit führt nicht zum Liegenbleiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, da die Funktionen von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit übernommen werden. Ein A/D-Wandlerfehler der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit führt ebenfalls nicht zum Liegenbleiben des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, da Messwerte von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit zur Verfügung gestellt werden. Eine optional vorhandene redundante Auswertungselektronik der Mater-Batteriezellenüberwachungseinheit sorgt im Fehlerfall der Auswertungselektronik für vollumfängliche Auswertung der Sensorsignale.With the solution proposed according to the invention in the form of the fault-tolerant battery system and in the form of the method for operating the fault-tolerant battery system proposed according to the invention, the signals are evaluated in the master battery cell monitoring unit, thus the load on the communication lines between the master battery cell monitoring unit and the battery control unit is significantly reduced. A complete failure of the slave battery cell monitoring unit does not lead to an electrically powered vehicle stopping, since the functions are taken over by the master battery cell monitoring unit. An A / D converter fault in the master battery cell monitoring unit also does not result in the electrically driven vehicle stopping, since measured values are made available by the slave battery cell monitoring unit. An optionally available redundant evaluation electronics of the Mater battery cell monitoring unit ensures full evaluation of the sensor signals in the event of a fault in the evaluation electronics.

Darüber hinaus kann der Aufbau sowie das Verfahren für jede beliebige Batterie, unabhängig von der Anzahl parallel verschalteter Batteriezellen und der Anzahl der Batteriestränge, angewandt werden.In addition, the structure and the method can be used for any battery, regardless of the number of battery cells connected in parallel and the number of battery strings.

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 einen Aufbau eines einsträngigen Batteriesystems mit parallel und seriell verschalteten Batteriezellen,
  • 2 den Aufbau eines fehlertoleranten einsträngigen Batteriesystems in 1p-Anordnung, ohne Kopplungseinrichtung,
  • 3 den Aufbau eines fehlertoleranten einsträngigen Batteriesystems in 1p-Anordnung mit Batteriezellenkopplungseinrichtungen,
  • 4 ein Batteriemodul mit seriell geschalteten Batteriezellen in 3p-Anordnung mit Batteriezellenkopplungseinrichtung,
  • 5 ein Batteriemodul in 1p-Anordnung mit diesem zugeordneten Kopplungseinrichtungen in Haupt- und Umgehungsleitung,
  • 6 den Aufbau eines fehlertoleranten einsträngigen Batteriesystems mit einem Batteriemodul zugeordneten Kopplungseinrichtungen in Haupt- und Umgehungsleitung,
  • 7 den schematischen Aufbau eines Batteriemoduls eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems und
  • 8 ein schematischer Verfahrensablauf des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines fehlertoleranten Batteriesystems.
Show it:
  • 1 a structure of a single-strand battery system with battery cells connected in parallel and in series,
  • 2 the construction of a fault-tolerant single-strand battery system in a 1p arrangement, without a coupling device,
  • 3 the construction of a fault-tolerant single-strand battery system in a 1p arrangement with battery cell coupling devices,
  • 4th a battery module with serially connected battery cells in a 3p arrangement with battery cell coupling device,
  • 5 a battery module in 1p arrangement with associated coupling devices in the main and bypass lines,
  • 6th the construction of a fault-tolerant single-strand battery system with coupling devices assigned to a battery module in the main and bypass lines,
  • 7th the schematic structure of a battery module of a battery system proposed according to the invention and
  • 8th a schematic process sequence of the method proposed according to the invention for operating a fault-tolerant battery system.

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

1 zeigt ein Batteriesystem 10, bei dem ein Strang 12 aus einer Anzahl von Batteriemodulen 18, 20, 22 mit einem ersten Strangschütz 14 und einem zweiten Strangschütz 16 versehen ist. Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass einem jeden der Batteriemodule 18, 20, 22 eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 zugeordnet ist. Die Batteriemodule 18, 20, 22 sind derart aufgebaut, dass in diesen die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 in einer 12s3p-Schaltung 32 miteinander verschaltet sind. Die einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22, die sich im Strang 12 befinden, sind durch eine Serienschaltung 34 miteinander verbunden. Das Batteriesystem 10 gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine Batteriesteuereinheit 40, welche sowohl mit dem ersten Strangschütz 14 als auch mit dem zweiten Strangschütz 16 in Verbindung steht und auch mit den Master-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36 der einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22 via eine erste Kommunikationsleitung 42, wie beispielsweise einen CAN-Bus, kommuniziert. 1 shows a battery system 10 in which one strand 12th from a number of battery modules 18th , 20th , 22nd with a first line contactor 14th and a second line contactor 16 is provided. From the representation according to 1 it can be seen that each of the battery modules 18th , 20th , 22nd a master battery cell monitoring unit 36 assigned. The battery modules 18th , 20th , 22nd are constructed in such a way that the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th in a 12s3p circuit 32 are interconnected. The individual battery modules 18th , 20th , 22nd that are in the strand 12th are connected in series 34 connected with each other. The battery system 10 as shown in 1 includes a battery control unit 40 which both with the first line contactor 14th as well as with the second line contactor 16 is in communication and also with the master battery cell monitoring units 36 of the individual battery modules 18th , 20th , 22nd via a first communication line 42 , such as a CAN bus.

Bei dem in 1 dargestellten Batteriesystem 10 bilden üblicherweise zehn bis zwölf Batteriezellen 24, 26, 28, 30 ein Batteriemodul 18, 20, 22. Sind mehrere solcher Batteriemodule 18, 20, 22, so zum Beispiel acht bis zehn Batteriemodule, seriell miteinander verschaltet, wird die erforderliche Batteriespannung von beispielsweise 400 V erreicht. Dieser Aufbau einer einsträngigen Batterie mit einem Strang 12 und einer Serienschaltung 34 der einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22 ist sehr anfällig für einen Defekt an einer Batteriezelle 24, 26, 28, 30. Fällt an einem derartigen Batteriesystem 10 zum Beispiel die Elektronik aus, beispielsweise die Batteriesteuereinheit 40 oder eine der Master-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36, so kann das Batteriesystem 10 gemäß der Anordnung in 1 nicht weiter betrieben werden und das Fahrzeug bleibt stehen. Fehlertolerant aufgebaute Batteriesysteme weisen in der Regel eine Redundanz des Gesamt- oder Teil-Batteriesystems auf, d. h. einzelne Batteriemodule 18, 20, 22 beziehungsweise Batteriesteuereinheiten 40 und/oder Master-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36 werden dupliziert, was sehr teuer ist und Nachteile bezüglich des erforderlichen Bauraums und des schlussendlichen Gewichts des Batteriesystems 10 mit sich bringt.The in 1 battery system shown 10 usually form ten to twelve battery cells 24 , 26th , 28 , 30th a battery module 18th , 20th , 22nd . Are several such battery modules 18th , 20th , 22nd , for example eight to ten battery modules, connected to one another in series, the required battery voltage of 400 V, for example, is achieved. This construction of a single-string battery with one string 12th and a series connection 34 of the individual battery modules 18th , 20th , 22nd is very susceptible to a defect in a battery cell 24 , 26th , 28 , 30th . Falls on such a battery system 10 for example the electronics off, for example the battery control unit 40 or one of the master battery cell monitoring units 36 so can the battery system 10 according to the arrangement in 1 can no longer be operated and the vehicle stops. Fault-tolerant battery systems generally have redundancy in the entire or partial battery system, ie individual battery modules 18th , 20th , 22nd or battery control units 40 and / or master battery cell monitoring units 36 are duplicated, which is very expensive and has disadvantages with regard to the required installation space and the ultimate weight of the battery system 10 brings with it.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

2 zeigt den Aufbau eines fehlertoleranten Batteriesystems 10 in 1p-Anordnung 48 ohne Kopplungseinrichtung. 2 shows the structure of a fault-tolerant battery system 10 in 1p arrangement 48 without coupling device.

Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das Batteriesystem 10 einen Strang 12 umfasst. Innerhalb des Strangs 12, der über ein erstes Strangschütz 14 und ein zweites Strangschütz 16 abgesichert ist, befinden sich ein erstes Batteriemodul 18, ein zweites Batteriemodul 20 sowie ein n-tes Batteriemodul 22. Diese zusammen bilden ein Batteriepack 23. Wie aus der Darstellung gemäß 2 des Weiteren hervorgeht, sind innerhalb der einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22 des Batteriepacks 23 die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 im Rahmen der Serienschaltung 34 verschaltet. Die in 2 dargestellte Darstellung wird auch als 1p-Anordnung 48 bezeichnet. Einem jeden der Batteriemodule 18, 20, 22 des Batteriepacks 23 gemäß der Darstellung in 2 sind eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 mit hier nicht dargestellten Master-Sensoren und einer Auswertungselektronik 67 (siehe 7) sowie eine Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 mit hier nicht dargestellten Slave-Sensoren zugeordnet. Das Batteriesystem 10 weist ferner eine Batteriesteuereinheit 40 auf, die via eine erste Kommunikationsleitung 42 mit den Master-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36 kommuniziert. Die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheiten 38 kommunizieren dabei jeweils über eine zweite Kommunikationsleitung 66, welche als CAN-Bus oder Signalleitung ausgeführt werden kann, mit den entsprechenden Master-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36.From the representation according to 2 indicates that the battery system 10 one strand 12th includes. Within the strand 12th that has a first line contactor 14th and a second line contactor 16 is secured, there is a first battery module 18th , a second battery module 20th as well as an nth battery module 22nd . These together form a battery pack 23 . As shown in the illustration 2 It also emerges are within the individual battery modules 18th , 20th , 22nd of the battery pack 23 the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as part of the series connection 34 interconnected. In the 2 The illustration shown is also referred to as a 1p arrangement 48. Each of the battery modules 18th , 20th , 22nd of Battery packs 23 as shown in 2 are a master battery cell monitoring unit 36 with master sensors (not shown here) and evaluation electronics 67 (please refer 7th ) as well as a slave battery cell monitoring unit 38 associated with slave sensors, not shown here. The battery system 10 further comprises a battery control unit 40 on that via a first communication line 42 with the master battery cell monitoring units 36 communicates. The slave battery cell monitoring units 38 communicate via a second communication line 66 , which can be implemented as a CAN bus or signal line, with the corresponding master battery cell monitoring units 36 .

Anstelle der in 2 dargestellten 1p-Anordnung 48 können die einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22 auch in einer 2p-Anordnung oder einer 3p-Anordnung 50, vgl. Darstellung gemäß 1, aufgebaut sein. Alle Batteriemodule 18, 20, 22 des Batteriepacks 23 gemäß der Darstellung in 2 weisen einen identischen Aufbau auf.Instead of the in 2 1p arrangement 48 shown, the individual battery modules 18th , 20th , 22nd also in a 2p arrangement or a 3p arrangement 50 , see illustration according to 1 , be constructed. All battery modules 18th , 20th , 22nd of the battery pack 23 as shown in 2 have an identical structure.

Die Batteriesteuereinheit 40 übernimmt dabei das gesamte Batteriemanagementsystem, unter anderem die Bestimmung des Ladezustands anhand von Messwerten 61 (siehe 7) der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie die Batteriemodule 18, 20, 22.The battery control unit 40 The entire battery management system takes over, including determining the state of charge based on measured values 61 (please refer 7th ) of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd .

Beim Betreiben des Batteriesystems 10 werden die Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22, wie beispielsweise die Messwerte 61 für eine Spannung der einzelnen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 und für eine Temperatur der einzelnen Batteriemodule 18, 20, 22, von den Master-Sensoren erfasst. Die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 werden durch einen Vergleich der Messwerte der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 innerhalb des Batteriemoduls 18, 20, 22 untereinander ausgewertet. Dadurch wird ermittelt, ob mindestens ein von den Master-Sensoren erfasster Messwert 61 mindestens einer der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 von entsprechenden Messwerten 61, die von den Master-Sensoren der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des Batteriemoduls 18, 20, 22 erfasst werden, signifikant abweicht.When operating the battery system 10 are the readings 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd , such as the measured values 61 for a voltage of the individual battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and for a temperature of the individual battery modules 18th , 20th , 22nd , detected by the master sensors. The measured values recorded by the master sensors 61 are made by comparing the measured values of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th inside the battery module 18th , 20th , 22nd evaluated among each other. This determines whether at least one measured value recorded by the master sensors 61 at least one of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of corresponding measured values 61 from the master sensors of the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the battery module 18th , 20th , 22nd are recorded, deviates significantly.

In diesem Zusammenhang weichen zwei Messwerte 61 signifikant voneinander ab, wenn eine Differenz der beiden Messwerte 61 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert ist dabei vorzugsweise größer als eine Messgenauigkeit der Master-Sensoren. Dadurch wird verhindert, dass durch einfache Messfehler der Master-Sensoren fälschlicherweise ein Defekt erkannt wird.In this context, two measured values give way 61 significantly differ if there is a difference between the two measured values 61 exceeds a predetermined threshold. The threshold value is preferably greater than a measurement accuracy of the master sensors. This prevents a defect from being incorrectly recognized by simple measurement errors in the master sensors.

Danach werden die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22 auf Plausibilität/Fehlerverdacht überprüft.Then the measured values recorded by the master sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd Checked for plausibility / suspicion of errors.

Plausibilität bedeutet, dass die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22 annährend gleich sind.Plausibility means that the measured values recorded by the master sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd are almost the same.

In diesem Zusammenhang werden zwei Messwerte 61als annähernd gleich bezeichnet, wenn eine Differenz der beiden Messwerte 61 den besagten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet oder gleich dem Schwellenwert ist. Dadurch wird verhindert, dass durch einfache Messfehler der Master-Sensoren fälschlicherweise ein Defekt in der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 oder in dem besagten Batteriemodul 18, 20, 22 erkannt wird.In this context, two measured values 61 are referred to as being approximately the same if there is a difference between the two measured values 61 falls below said predetermined threshold value or is equal to the threshold value. This prevents simple measurement errors in the master sensors from incorrectly causing a defect in the said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th or in said battery module 18th , 20th , 22nd is recognized.

In diesem Fall erfassen die Master-Sensoren plausible bzw. fehlerfreie Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22 fortführend, um stets aktuelle Batteriezellen-Zustandswerte, wie beispielsweise Spannung und Temperatur, zu ermitteln. Die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 werden dabei von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 zu der Batteriesteuereinheit 40 zur Bestimmung weiterer Größen, beispielsweise des Ladezustands, des Alterungszustands sowie des prädizierten Stroms, übertragen.In this case, the master sensors record plausible or error-free measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd continuously to determine current battery cell status values, such as voltage and temperature. The measured values recorded by the master sensors 61 are thereby controlled by the master battery cell monitoring unit 36 to the battery control unit 40 to determine further variables, for example the state of charge, the state of aging and the predicted current.

Im Fehlerverdachtsfall, d. h. mindestens ein von den Master-Sensoren erfasster Messwert 61 mindestens einer der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 weicht von entsprechenden Messwerten 61, die von den Master-Sensoren der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des Batteriemoduls 18, 20, 22 erfasst werden, signifikant ab, wird ein Erfassen von Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22 durch die Slave-Sensoren angetriggert.If an error is suspected, ie at least one measured value recorded by the master sensors 61 at least one of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th deviates from corresponding measured values 61 from the master sensors of the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the battery module 18th , 20th , 22nd are recorded, significantly from, a recording of measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd triggered by the slave sensors.

Die von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie der Batteriemodule 18, 20, 22 werden von den Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 übertragen und dort mittels der Auswertungselektronik 67 verglichen und ausgewertet.The measured values recorded by the slave sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th as well as the battery modules 18th , 20th , 22nd are controlled by the slave battery cell monitoring unit 38 to the master battery cell monitoring unit 36 transmitted and there by means of the evaluation electronics 67 compared and evaluated.

Die von der Auswertungselektronik 67 verglichenen und ausgewerteten Messwerte 61 werden als korrekte Messwerte 65 (siehe 7) bezeichnet und von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 zur der Batteriesteuereinheit 40 zur Bestimmung weiterer Größen, wie beispielsweise des Ladezustand und des Alterungszustands, übertragen.The one from the evaluation electronics 67 compared and evaluated measured values 61 are considered correct readings 65 (please refer 7th ) and from the master battery cell monitoring unit 36 to the battery control unit 40 to determine other variables, such as the state of charge and the state of aging, for example.

Das dargestellte Batteriesystem 10 in 2 bezieht sich der Einfachheit halber auf einsträngige Batteriesysteme 10. Der beschriebene Konzeptaufbau ist selbstverständlich auch für beliebige mehrerstränge Batterien sowie für Batteriemodule 18, 20, 22 mit mehreren parallel verschalteten Batteriezellen 24, 26, 28, 30 anwendbar.The battery system shown 10 in 2 refers to single-string battery systems for the sake of simplicity 10 . The concept structure described can of course also be used for any number of multiple-string batteries and for battery modules 18th , 20th , 22nd with several battery cells connected in parallel 24 , 26th , 28 , 30th applicable.

3 zeigt die Ausführungsvariante eines ersten Batteriemoduls 18 des Batteriesystems 10. 3 shows the variant of a first battery module 18th of the battery system 10 .

Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass das erste Batteriemodul 18 des Batteriesystems 10 die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 sowie die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 umfasst. Im ersten Batteriemodul 18 sind die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 in Serienschaltung 34 verschaltet. Im Unterschied zur Ausgestaltung der ebenfalls in Serienschaltung 34 geschalteten Batteriemodule 18, 20, 22 gemäß 2, sind bei dem in 3 dargestellten ersten Batteriemodul 18 im Batteriesystem 10 einer Hauptleitung 52 des Strangs 12 erste Kopplungseinrichtungen 44 vorgesehen. Einer jeden der im ersten Batteriemodul 18 gemäß der Ausführungsvariante in 3 dargestellten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 ist eine Umgehungsleitung 54 zugeordnet, in der sich jeweils eine zweite Kopplungseinrichtung 46 befindet.From the representation according to 3 shows that the first battery module 18th of the battery system 10 the master battery cell monitoring unit 36 as well as the slave battery cell monitoring unit 38 includes. In the first battery module 18th are the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th in series connection 34 interconnected. In contrast to the design of the also in series connection 34 switched battery modules 18th , 20th , 22nd according to 2 , are at the in 3 illustrated first battery module 18th in the battery system 10 a main line 52 of the strand 12th first coupling devices 44 intended. Each of the in the first battery module 18th according to the Design variant in 3 battery cell shown 24 , 26th , 28 , 30th is a bypass line 54 assigned, in each of which there is a second coupling device 46 is located.

Fällt eine der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des ersten Batteriemoduls 18 gemäß 3 aus, wird die dieser Batteriezelle 24, 26, 28, 30 jeweils zugeordnete erste Kopplungseinrichtung 44 geöffnet, sodass die betreffende Batteriezelle 24, 26, 28, 30 abgeschaltet werden kann. Eine Umgehung erfolgt durch ein jeweiliges Schließen der zweiten Kopplungseinrichtung 46 in der der abzuschaltenden Batteriezelle 24, 26, 28, 30 jeweils zugeordneten Umgehungsleitung 54.If one of the battery cells falls 24 , 26th , 28 , 30th of the first battery module 18th according to 3 off, this will be the battery cell 24 , 26th , 28 , 30th respectively assigned first coupling device 44 opened so that the battery cell in question 24 , 26th , 28 , 30th can be switched off. A bypass occurs by closing the second coupling device 46 in the battery cell to be switched off 24 , 26th , 28 , 30th assigned bypass line 54 .

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass im ersten Batteriemodul 18 des Batteriesystems 10 gemäß 3 die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 in 1p-Anordnung 48 geschaltet sind.For the sake of completeness, it should be mentioned that in the first battery module 18th of the battery system 10 according to 3 the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th are connected in 1p arrangement 48.

4 zeigt das erste Batteriemodul 18 des fehlertoleranten Batteriesystems 10 mit ersten und zweiten Kopplungseinrichtungen 44, 46, die in 3p-Anordnung 50 verschalteten Batteriezellen 24, 26, 28, 30 zugeordnet sind. 4th shows the first battery module 18th of the fault-tolerant battery system 10 with first and second coupling devices 44 , 46 that are in 3p arrangement 50 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th assigned.

In 4 ist das erste Batteriemodul 18 derart aufgebaut, dass einzelne zu 3p-Paketen verschaltete Batteriezellen 24, 26, 28, 30 in Serienschaltung 34 geschaltet sind, beispielsweise zwölf Batteriezellenpakete. Das erste Batteriemodul 18 gemäß 4 ist derart aufgebaut, dass vor einer jeden 3p-Anordnung 50 der einzelnen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 die erste Kopplungseinrichtung 44 in der Hauptleitung 52 liegt. Vor dieser zweigt die Umgehungsleitung 54 ab, in der die zweite Kopplungseinrichtung 46 aufgenommen ist.In 4th is the first battery module 18th constructed in such a way that individual battery cells interconnected to form 3p packets 24 , 26th , 28 , 30th in series connection 34 are switched, for example twelve battery cell packs. The first battery module 18th according to 4th is constructed in such a way that in front of every 3p arrangement 50 of the individual battery cells 24 , 26th , 28 , 30th the first coupling device 44 in the main line 52 located. The bypass line branches off in front of this 54 from, in which the second coupling device 46 is recorded.

Durch die Ausführungsvariante des ersten Batteriemoduls 18 gemäß der Darstellung in 4 ist ein Weiterbetrieb des ersten Batteriemoduls 18 auch dann möglich, wenn einzelne, in 3p-Anordnung 50 verschaltete Batteriezellen 24, 26, 28, 30 ausfallen sollten, sodass ein Weiterbetrieb des ersten Batteriemoduls 18 durch Öffnen beziehungsweise Schließen der ersten und zweiten Kopplungseinrichtung 44, 46, d. h. durch Umgehen der schadhaften Batteriezelle 24, 26, 28, 30, möglich ist.With the variant of the first battery module 18th as shown in 4th is a continued operation of the first battery module 18th also possible if single, in 3p arrangement 50 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th should fail, so that the first battery module can continue to operate 18th by opening and closing the first and second coupling device, respectively 44 , 46 , ie by bypassing the defective battery cell 24 , 26th , 28 , 30th , is possible.

5 zeigt das erste Batteriemodul 18 in 1p-Anordnung 48 mit diesem zugeordneten Kopplungseinrichtungen 44, 46 in Haupt- und Umgehungsleitung 52, 54. 5 shows the first battery module 18th in 1p arrangement 48 with this associated coupling devices 44 , 46 in main and bypass lines 52 , 54 .

Aus der Darstellung gemäß 5 geht ein fehlertolerantes Batteriesystem 10 hervor, dessen hier beispielhaft herausgegriffenes erstes Batteriemodul 18 in Serienschaltung 34 miteinander verschaltete Batteriezellen 24, 26, 28, 30 umfasst. Das erste Batteriemodul 18 zeigt die Master- sowie die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheiten 36, 38, die jeweils mit den in Serienschaltung 34 miteinander verschalteten Batteriezellen 24, 26, 28, 30 verbunden sind.From the representation according to 5 is a fault-tolerant battery system 10 its first battery module selected here as an example 18th in series connection 34 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th includes. The first battery module 18th shows the master and slave battery cell monitoring units 36 , 38 , each with the in series connection 34 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th are connected.

Wie aus 5 weiter hervorgeht, befindet sich in der Hauptleitung 52 die erste Kopplungseinrichtung 44, vor der, analog zur Ausführungsvariante gemäß 4, die Umgehungsleitung 54 abzweigt. In dieser ist die zweite Kopplungseinrichtung 46 angeordnet. Zum Abschalten des ersten Batteriemoduls 18 aus der Hauptleitung 52 erfolgt ein Öffnen der ersten Kopplungseinrichtung 44 und ein Schließen der zweiten Kopplungseinrichtung 46, sodass ein sich beispielsweise als schadhaft herausgestellt habendes erstes Batteriemodul 18 über die Umgehungsleitung 54 innerhalb des Strangs 12 des Batteriesystems 10 umgangen werden kann und ein Weiterbetrieb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen fehlertoleranten Batteriesystems 10 möglich ist.How out 5 is located in the main line 52 the first coupling device 44 , in front of, analogous to the variant according to 4th , the bypass line 54 branches off. In this is the second coupling device 46 arranged. For switching off the first battery module 18th from the main line 52 the first coupling device is opened 44 and closing the second coupling device 46 so that a first battery module that has turned out to be defective, for example 18th via the bypass line 54 within the strand 12th of the battery system 10 can be circumvented and continued operation of the fault-tolerant battery system proposed according to the invention 10 is possible.

6 zeigt ein Batteriesystem 10 beziehungsweise ein erstes Batteriemodul 18 desselben, dem erste und zweite Kopplungseinrichtungen 44, 46 zugeordnet sind. 6th shows a battery system 10 or a first battery module 18th the same, the first and second coupling devices 44 , 46 assigned.

Aus 6 geht hervor, dass das dort dargestellte Batteriesystem 10 eine Anzahl von Batteriezellen 24, 26, 28, 30 aufweist, die jeweils in 3p-Anordnung 50 parallel geschaltet sind. Das in 6 herausgegriffene erste Batteriemodul 18 des Batteriesystems 10 weist in der Hauptleitung 52 eine erste Kopplungseinrichtung 44 auf. Vor der ersten Kopplungseinrichtung 44 zweigt die Umgehungsleitung 54 ab, in der die zweite Kopplungseinrichtung 46 aufgenommen ist. Fällt das Batteriesystem 10, dessen in 3p-Anordnung 50 verschaltete Batteriezellen 24, 26, 28, 30 in Serienschaltung 34 geschaltet sind, aus, so wird die erste Kopplungseinrichtung 44 geöffnet, die in der Umgehungsleitung 54 liegende zweite Kopplungseinrichtung 46 geschlossen und mithin das schadhafte Batteriemodul 18, 20, 22 überbrückt, sodass im Batteriesystem 10 nur das schadhafte der Batteriemodule 18, 20, 22 abgeschaltet ist und das Batteriesystem 10 weiter betrieben werden kann, wenn auch mit verminderter Leistung. Dadurch ist gewährleistet, dass über das fehlertolerant ausgestaltete Batteriesystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Weiterbetrieb des autonom fahrenden elektrischen Fahrzeugs gewährleistet ist, die Fahrt nicht unterbrochen zu werden braucht, sondern, wenn auch mit verminderter Leistung und erhöhter Dauer, fortgesetzt werden kann.Out 6th shows that the battery system shown there 10 a number of battery cells 24 , 26th , 28 , 30th each in a 3p arrangement 50 are connected in parallel. This in 6th picked out first battery module 18th of the battery system 10 points in the main line 52 a first coupling device 44 on. Before the first coupling device 44 branches off the bypass line 54 from, in which the second coupling device 46 is recorded. The battery system falls 10 , its in 3p arrangement 50 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th in series connection 34 are switched off, the first coupling device 44 opened that in the bypass line 54 lying second coupling device 46 closed and therefore the defective battery module 18th , 20th , 22nd bridged so that in the battery system 10 only the damaged one of the battery modules 18th , 20th , 22nd is switched off and the battery system 10 can continue to operate, albeit with reduced performance. This ensures that the fault-tolerant battery system 10 According to the present invention, continued operation of the autonomously driving electric vehicle is guaranteed, the journey does not need to be interrupted, but can be continued, even if with reduced power and increased duration.

7 zeigt den schematischen Aufbau eines herausgegriffenen ersten Batteriemoduls 18 eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems 10. 7th shows the schematic structure of a selected first battery module 18th of a battery system proposed according to the invention 10 .

Das erste Batteriemodul 18 weist mehrere in Serienschaltung 34 verschalteten Batteriezellen 24, 26, 28, 30, eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 und eine Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 auf. Dabei weisen die Master- sowie die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 36, 38 jeweils einen A/D-Wandler 60 auf, währende die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 weiterhin eine Auswertungselektronik 67 aufweist. Die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 kann dabei als Standardkomponente ausgebildet werden, sodass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Batteriesystem 10 weitestgehend in kostengünstiger Weise aufgebaut werden kann.The first battery module 18th has several in series 34 interconnected battery cells 24 , 26th , 28 , 30th , a master battery cell monitoring unit 36 and a slave battery cell monitoring unit 38 on. The master and slave battery cell monitoring units 36 , 38 each has an A / D converter 60 while the master battery cell monitoring unit 36 furthermore evaluation electronics 67 having. The slave battery cell monitoring unit 38 can be designed as a standard component, so that the battery system proposed according to the invention 10 can be set up largely in a cost-effective manner.

Die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezelle 24, 26, 28, 30 sowie des ersten Batteriemoduls 18 sind analoge Signalwerte 62, welche durch den A/D-Wandler 60 der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 in digitale Signalwerte 64 umgewandelt werden.The measured values recorded by the master sensors 61 the battery cell 24 , 26th , 28 , 30th as well as the first battery module 18th are analog signal values 62 which is generated by the A / D converter 60 of the master battery cell monitoring unit 36 into digital signal values 64 being transformed.

Im fehlerfreien/plausiblen Fall werden die Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 und des ersten Batteriemoduls 18 nur von den Master-Sensoren erfasst und als digitale Signalwerte 64 von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 zur der Batteriesteuereinheit 40 (vgl. 2) als Eingangswerte zur Bestimmung weiterer Größen übertragen.In the error-free / plausible case, the measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the first battery module 18th only recorded by the master sensors and as digital signal values 64 from the master battery cell monitoring unit 36 to the battery control unit 40 (see. 2 ) are transmitted as input values to determine further variables.

Im Fehlerverdachtsfall wird ein Erfassen von Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 und des ersten Batteriemoduls 18 durch die Slave-Sensoren angetriggert. Vorliegend in 7 wird das Erfassen von Messwerten 61 mittels eines Befehls 68 der Auswertungselektronik 67 angetriggert.If an error is suspected, measured values are recorded 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the first battery module 18th triggered by the slave sensors. Present in 7th is the acquisition of measured values 61 by means of a command 68 the evaluation electronics 67 triggered.

Die von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 und des ersten Batteriemoduls 18 sind ebenfalls analoge Signalwerte 62, welche durch den A/D-Wandler 60 der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 in digitale Signalwerte 64 umgewandelt werden. Die von den Slave-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 und des ersten Batteriemoduls 18 werden dann von der Slave-Batterieüberwachungseinheit 38 via die zweite Kommunikationsleitung 66 zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 übertragen. Mittels der Auswertungselektronik 67 der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 werden die von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezelle 24, 26, 28, 30 sowie des ersten Batteriemoduls 18 ausgewertet.The measured values recorded by the slave sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the first battery module 18th are also analog signal values 62 which is generated by the A / D converter 60 of the slave battery cell monitoring unit 38 into digital signal values 64 being transformed. The digital signal values recorded by the slave sensors 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the first battery module 18th are then controlled by the slave battery monitoring unit 38 via the second communication line 66 to the master battery cell monitoring unit 36 transfer. By means of the evaluation electronics 67 the master battery cell monitoring unit 36 the values recorded by the master and slave sensors are converted into digital signal values 64 converted measured values 61 the battery cell 24 , 26th , 28 , 30th as well as the first battery module 18th evaluated.

Vorteilhaft werden nur Messwerte 61 von fehlerverdächtigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 durch die Slave-Sensoren erfasst und von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 zur der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 übertragen.Only measured values are advantageous 61 of suspect battery cells 24 , 26th , 28 , 30th detected by the slave sensors and by the slave battery cell monitoring unit 38 to the master battery cell monitoring unit 36 transfer.

Nach dem Auswerten durch die Auswertungselektronik 67 werden die ausgewerteten Messwerte, also die korrekten Messwerte 65 von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 via die erste Kommunikationsleitung 42 zu der Batteriesteuereinheit 40 zur Bestimmung weiterer Größen übertragen.After evaluation by the evaluation electronics 67 the evaluated measured values, i.e. the correct measured values 65 from the master battery cell monitoring unit 36 via the first communication line 42 to the battery control unit 40 transferred to determine other sizes.

8 zeigt ein eine schematische Verfahrensablauf 100 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines fehlertoleranten Batteriesystems 10. 8th shows a schematic process flow 100 of the method proposed according to the invention for operating a fault-tolerant battery system 10 .

Gemäß dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfolgt zunächst in einem Schritt 101 ein Erfassen der Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 durch die Master-Sensoren. Die von den Master-Sensoren erfassten Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden via den A/D-Wandler 60 der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 von analogen Signalwerten 62 in digitale Signalwerte 64 umgewandelt.According to the method proposed according to the invention, it initially takes place in one step 101 a recording of the measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd through the master sensors. The measured values recorded by the master sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are via the A / D converter 60 of the master battery cell monitoring unit 36 of analog signal values 62 into digital signal values 64 converted.

Die in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden danach in einem Schritt 102 ausgewertet. Dabei werden die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 innerhalb des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 miteinander verglichen.The in digital signal values 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are then in one step 102 evaluated. The measured values recorded by the master sensors are thereby used 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th within the at least one battery module 18th , 20th , 22nd compared to each other.

Die Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden danach in einem Schritt 103 auf Plausibilität/Fehlerverdacht überprüft. Es wird hierbei geprüft, ob der mindestens eine Messwert 61 mindestens einer der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 von entsprechenden Messwerten 61 der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des Batteriemoduls 18, 20, 22 signifikant abweicht.The readings 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are then in one step 103 Checked for plausibility / suspicion of errors. It is checked whether the at least one measured value 61 at least one of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of corresponding measured values 61 the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the battery module 18th , 20th , 22nd significantly deviates.

Bei Plausibilität, d. h., die von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 sind annährend gleich, wird das Erfassen von Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 durch die Master-Sensoren zum Ermitteln von aktuellen Batteriezellen-Zustandswerten in einem Schritt 104 fortgeführt und die von den Master-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden als korrekte Messwerte 65 in einem Schritt 112 von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 zu der Batteriesteuereinheit 40 zur Bestimmung weiterer Größen, beispielsweise des Ladezustands, des Alterungszustands sowie des prädizierten Stroms, übertragen.In the case of plausibility, ie the measured values recorded by the master sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are approximately the same, the acquisition of measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd by the master sensors to determine current battery cell status values in one step 104 and the digital signal values recorded by the master sensors 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are considered correct readings 65 in one step 112 from the master battery cell monitoring unit 36 of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd to the battery control unit 40 to determine further variables, for example the state of charge, the state of aging and the predicted current.

Liegt ein Fehlerverdacht der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22, vor, d. h. mindestens ein Messwert 61 mindestens einer der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 weicht von entsprechenden Messwerten 61der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 signifikant ab, wird ein Erfassen von Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 durch die Slave-Sensoren angetriggert. In diesem Fall werden die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 in einem Schritt 105 durch die Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 mit den Slave-Sensoren ermittelt. Gleichzeitig werden die Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des Batteriemoduls 18, 20, 22 in dem Schritt 105 durch die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 mit den Master-Sensoren ermittelt. Die analogen Signalwerte 62 der der jeweiligen Sensoren erfassten Messwerte 61 werden in digitale Signalwerte 64 umgewandelt. Die von den Slave-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden in einem Schritt 106 von der Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit 38 zur der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 übertragen.If there is a suspicion of an error in the measured values recorded by the master sensors 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd , before, ie at least one measured value 61 at least one of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th differs from corresponding measured values 61 of the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd significantly decreases, a recording of measured values becomes 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd triggered by the slave sensors. In this case the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd in one step 105 by the slave battery cell monitoring unit 38 determined with the slave sensors. At the same time, the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the battery module 18th , 20th , 22nd in the step 105 by the master battery cell monitoring unit 36 determined with the master sensors. The analog signal values 62 the measured values recorded by the respective sensors 61 are converted into digital signal values 64 converted. The digital signal values recorded by the slave sensors 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd be in one step 106 from the slave battery cell monitoring unit 38 to the master battery cell monitoring unit 36 transfer.

Mittels der Auswertungselektronik 67 der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 werden die von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelten Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 in einem Schritt 107 ausgewertet.By means of the evaluation electronics 67 the master battery cell monitoring unit 36 the values recorded by the master and slave sensors are converted into digital signal values 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd in one step 107 evaluated.

Wird der Fehlerverdacht nicht bestätigt, wird das Erfassen von Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 durch die Master-Sensoren zum Ermitteln von aktuellen Batteriezellen-Zustandswerten in einem Schritt 108 fortgeführt und die von den Master-Sensoren erfassten, in digitale Signalwerte 64 umgewandelte Messwerte 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30 sowie des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 werden als korrekte Messwerte 65 in einem Schritt 112 von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 zu der Batteriesteuereinheit 40 zur Bestimmung weiterer Größen, beispielsweise des Ladezustands, des Alterungszustands sowie des prädizierten Stroms, übertragen.If the suspicion of an error is not confirmed, the recording of measured values is stopped 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd by the master sensors to determine current battery cell status values in one step 108 and the digital signal values recorded by the master sensors 64 converted measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th and the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are considered correct readings 65 in one step 112 from the master battery cell monitoring unit 36 of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd to the battery control unit 40 to determine further variables, for example the state of charge, the state of aging and the predicted current.

Wird der Fehlerverdacht bestätigt, wird eine Ermittlung der Fehlerart, ob ein Sensorfehler oder ein Zellenfehler vorliegt, in einem Schritt 109 durchgeführt.If the suspicion of an error is confirmed, the type of error, whether a sensor error or a cell error is present, is determined in one step 109 accomplished.

Dabei wird in einem Schritt 110 ein Zellenfehler in der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 erkannt, deren von den Master-Sensoren erfasster Messwert 61 von entsprechenden Messwerten 61, die von den Master-Sensoren der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 erfasst werden, signifikant abweicht, wenn der von den Slave-Sensoren erfasste entsprechende Messwert 61 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 annähernd gleich dem von den Master-Sensoren erfassten Messwert 61 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 ist. Das bedeutet, dass auch der von den Slave-Sensoren erfasste Messwert 61 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 von entsprechenden Messwerten 61, die von den Slave-Sensoren der übrigen Batteriezellen 24, 26, 28, 30 des mindestens einen Batteriemoduls 18, 20, 22 erfasst werden, signifikant abweicht. Der von den Master-Sensoren erfasste Messwert 31 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 wird in dem Schritt 112 als korrekten Messwert 65 zu der Batteriesteuereinheit 40 übertragen. Ein Batteriemanagementsystem leitet dann entsprechende Maßnahmen ein.This is done in one step 110 a cell failure in said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th recognized their measured value recorded by the master sensors 61 of corresponding measured values 61 from the master sensors of the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are detected, deviates significantly if the corresponding measured value detected by the slave sensors 61 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th approximately the same as the measured value recorded by the master sensors 61 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th is. This means that the measured value recorded by the slave sensors 61 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th of corresponding measured values 61 from the slave sensors of the remaining battery cells 24 , 26th , 28 , 30th of the at least one battery module 18th , 20th , 22nd are recorded, deviates significantly. The measured value recorded by the master sensors 31 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th is in the step 112 as the correct reading 65 to the battery control unit 40 transfer. A battery management system then initiates appropriate measures.

Dabei wird in einem Schritt 111 ein Fehler in mindestens einem Master-Sensor der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit 36 erkannt, wenn der von den Slave-Sensoren erfasste entsprechende Messwert 61 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 von dem von den Master-Sensoren erfassten Messwert 61 der besagten Batteriezelle 24, 26, 28, 30 signifikant abweicht. Neben den Messwerten 61 der Batteriezellen 24, 26, 28, 30, welche einen plausiblen/fehlerfreien Messwert 61 aufweisen, der von der Master-Sensoren erfasst wurde, wird in dem Schritt 112 jetzt den Messwert 61, welcher von der Slave-Sensoren erfasst wurde, als korrekten Messwert 65 zu der Batteriesteuereinheit 40 übertragen.This is done in one step 111 a fault in at least one master sensor of the master battery cell monitoring unit 36 recognized when the corresponding measured value recorded by the slave sensors 61 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th of the measured value recorded by the master sensors 61 of said battery cell 24 , 26th , 28 , 30th significantly deviates. In addition to the measured values 61 of the battery cells 24 , 26th , 28 , 30th , which is a plausible / error-free measured value 61 which was detected by the master sensors is in the step 112 now the reading 61 which was recorded by the slave sensors as the correct measured value 65 to the battery control unit 40 transfer.

Der in 8 dargestellte Verfahrensablauf 100 ist analog für die Messwerte 61 der Batteriemodule 18, 20, 22 durchführbar.The in 8th illustrated procedure 100 is the same for the measured values 61 of the battery modules 18th , 20th , 22nd feasible.

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 knowledge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2019/211659 A1 [0005]WO 2019/211659 A1 [0005]
  • US 10189354 B2 [0006]US 10189354 B2 [0006]

Claims (10)

Batteriesystem (10), umfassend mindestens ein Batteriemodul (18, 20, 22), welches/welche zu mindestens einem Strang (12) zusammengefasst ist/sind, und eine Batteriesteuereinheit (40) zur Überwachung des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22), wobei das mindestens eine Batteriemodul (18, 20, 22) mehrere Batteriezellen (24, 26, 28, 30), die in Serienschaltung (34) und/oder in Parallelschaltung verschaltet sind, und eine Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) mit Master-Sensoren zur Erfassung von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Batteriemodul (18, 20, 22) eine Slave-Batteriezellenüberwachungseinheit (38) mit Slave-Sensoren zur Erfassung von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) aufweist, wobei die Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) eine Auswertungselektronik (67) zum Auswerten der von den Master-und/oder den Slave-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) aufweist.Battery system (10), comprising at least one battery module (18, 20, 22), which is / are combined to form at least one string (12), and a battery control unit (40) for monitoring the at least one battery module (18, 20, 22) ), wherein the at least one battery module (18, 20, 22) has several battery cells (24, 26, 28, 30) connected in series (34) and / or in parallel, and a master battery cell monitoring unit (36) with master Sensors for recording measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22), characterized in that the at least one battery module (18, 20, 22) has a Slave battery cell monitoring unit (38) with slave sensors for recording measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22), the master battery cell monitoring unit (36) evaluation electronics (67) m evaluating the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) recorded by the master and / or slave sensors. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Batterieüberwachungseinheit (36) eine redundante Auswertungselektronik (67) aufweist.Battery system (10) Claim 1 , characterized in that the master battery monitoring unit (36) has redundant evaluation electronics (67). Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Serienschaltung (34) innerhalb des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) mindestens eine Batteriezelle (24, 26, 28, 30) als 1p-Anordnung (48) aufweist oder mindestens zwei parallel verschaltete Batteriezellen (24, 26, 28, 30) als Xp-Anordnung umfasst.Battery system (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the series circuit (34) within the at least one battery module (18, 20, 22) has at least one battery cell (24, 26, 28, 30) as a 1p arrangement (48) or at least two battery cells (24 connected in parallel) , 26, 28, 30) as an Xp arrangement. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses erste Kopplungseinrichtungen (44) aufweist, mit denen Batteriemodule (18, 20, 22) aus dem Strang (12) abgeschaltet und über Umgehungsleitungen (54) mit zweiten Kopplungseinrichtungen (46) überbrückbar sind.Battery system (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that it has first coupling devices (44) with which battery modules (18, 20, 22) are disconnected from the string (12) and can be bridged with second coupling devices (46) via bypass lines (54). Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses innerhalb der Batteriemodule (18, 20, 22) erste Kopplungseinrichtungen (44) aufweist, mit denen Batteriezellen (24, 26, 28, 30) innerhalb des Batteriemoduls (18, 20, 22) abgeschaltet und über Umgehungsleitungen (54), in denen zweite Kopplungseinrichtungen (46) aufgenommen sind, überbrückbar sind.Battery system (10) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that it has first coupling devices (44) within the battery modules (18, 20, 22) with which battery cells (24, 26, 28, 30) are switched off within the battery module (18, 20, 22) and via bypass lines ( 54), in which second coupling devices (46) are received, can be bridged. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend zumindest nachfolgende Verfahrensschritte: - Erfassen von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) durch die Master-Sensoren; - Auswerten der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22); - Überprüfen der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) auf Plausibilität/Fehlerverdacht; - Antriggern eines Erfassens von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) durch die Slave-Sensoren im Fehlerverdachtsfall oder Fortführen des Erfassens der Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) durch die Master-Sensoren bei Plausibilität.Method for operating a battery system (10) according to one of the Claims 1 until 5 comprising at least the following method steps: - Acquisition of measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) by the master sensors; - Evaluation of the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) recorded by the master sensors and of the at least one battery module (18, 20, 22); - Checking the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) recorded by the master sensors for plausibility / suspected faults; - Triggering of the acquisition of measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) by the slave sensors in the event of a suspected fault or continued acquisition of the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and the at least one battery module (18, 20, 22) by the master sensors if plausible. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Plausibilität zumindest nachfolgende Verfahrensschritt durchlaufen wird: - Übertragen der von den Master-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) zu der Batteriesteuereinheit (40).Procedure according to Claim 6 , characterized in that, if plausible, at least the following process step is carried out: - Transmission of the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) recorded by the master sensors from the master battery cell monitoring unit (36) to the battery control unit (40). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerverdachtsfall zumindest nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen werden: - Gleichzeitiges Erfassen von Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) durch die Master- und die Slave-Sensoren; - Übertragen der von den Slave-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) von der Slave-Batterieüberwachungseinheit (38) zu der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36); - Vergleichen der gleichzeitig von den Master- und den Slave-Sensoren erfassten Messwerte (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20, 22) und Überprüfen, ob der Fehlerverdacht bestätigt wurde; - Ermitteln der Fehlerart, falls der Fehlerverdacht bestätigt wird oder Fortführen des Erfassens durch die Master-Sensoren, falls der Fehlerverdacht nicht bestätigt wird; - Übertragen von ausgewerteten Messwerten (61) der Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie des mindestens einen Batteriemoduls (18, 20 ,22) von der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) zu der Batteriesteuereinheit (40).Procedure according to Claim 6 , characterized in that, in the event of a suspected error, at least the following process steps are run: Slave sensors; - Transmitting the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) recorded by the slave sensors from the slave battery monitoring unit (38) to the master battery cell monitoring unit (36); - Comparing the measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) recorded simultaneously by the master and slave sensors and checking whether the suspected fault has been confirmed; Determination of the type of error if the suspected error is confirmed or continued detection by the master sensors if the suspected error is not confirmed; - Transmission of evaluated measured values (61) of the battery cells (24, 26, 28, 30) and of the at least one battery module (18, 20, 22) from the master battery cell monitoring unit (36) to the battery control unit (40). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur Messwerte (61) von fehlerverdächtigen Batteriezellen (24, 26, 28, 30) sowie von fehlerverdächtigen Batteriemodule (18, 20, 22) von den Slave-Sensoren erfasst und von der Slave-Batterieüberwachungseinheit (38) zur der Master-Batteriezellenüberwachungseinheit (36) übertragen werden.Procedure according to Claim 8 , characterized in that only measured values (61) from suspect battery cells (24, 26, 28, 30) and from suspect battery modules (18, 20, 22) are recorded by the slave sensors and transferred from the slave battery monitoring unit (38) to the Master battery cell monitoring unit (36) are transmitted. Kraftfahrzeug, das ein Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 betrieben wird.Motor vehicle having a battery system (10) according to one of the Claims 1 until 5 comprises, which with a method according to one of Claims 6 until 9 is operated.
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