DE102022205788A1 - Circuit breaker device for a battery system - Google Patents

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Abstract

Die Trennschaltervorrichtung (10) für ein Batteriesystem weist einen Trennschalter (11) auf. Der Trennschalter (11) weist zumindest zwei parallelgeschaltete bidirektionale Halbleiterschalteinheiten (12) auf und die zumindest zwei Halbleiterschalteinheiten (12) weisen jeweils eine Serienschaltung von zwei Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, MOSFETs, (T) auf, wobei die Drain-Anschlüsse der zwei MOSFETs (T) miteinander verbunden sind und die Source-Anschlüsse der MOSFETs (T) in beziehungsweise aus der jeweiligen Halbleiterschalteinheit (12) herausführen.The circuit breaker device (10) for a battery system has a circuit breaker (11). The isolating switch (11) has at least two bidirectional semiconductor switching units (12) connected in parallel, and the at least two semiconductor switching units (12) each have a series connection of two metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, MOSFETs, (T), the drain connections of the two MOSFETs (T) are connected to one another and lead out the source terminals of the MOSFETs (T) in or out of the respective semiconductor switching unit (12).

Description

Der Erfindung betrifft eine Trennschaltervorrichtung für ein Batteriesystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriesystem, das die Trennschaltervorrichtung umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren und eine Batteriesteuereinheit zum Betreiben der Trennschaltervorrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a disconnector device for a battery system. The invention further relates to a battery system that includes the circuit breaker device. The invention further relates to a method and a battery control unit for operating the circuit breaker device. The invention also relates to a computer program and a computer program product.

Lithium-Ionen-Batterien weisen eine sehr hohe Leistungsdichte auf. Daher sind Lithium-Ionen-Batterien insbesondere bei Automotiv-Anwendungen häufig anzutreffen. Jedoch erfordert das chemisch instabile Verhalten der Zellen der Lithium-Ionen-Batterien unter kritischen Bedingungen einen vorsichtigen Umgang mit den Lithium-Ionen-Batterien. Im Falle eines Verkehrsunfalls müssen Lithium-Ionen-Batterien selbständig von elektrischen Verbrauchern abtrennbar sein.Lithium-ion batteries have a very high power density. Therefore, lithium-ion batteries are often found in automotive applications in particular. However, the chemically unstable behavior of the lithium-ion battery cells under critical conditions requires careful handling of the lithium-ion batteries. In the event of a traffic accident, lithium-ion batteries must be able to be separated from electrical consumers independently.

Um den Zustand einer Batterie zu überwachen und die Sicherheit des Betriebs zu gewährleisten, werden in den überwiegenden Fällen Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt. Solche Batteriemanagementsysteme sind in der Regel mit einem elektronisch gesteuerten Trennschalter ausgestattet, der die Batterie unter kritischen Bedingungen, die zu gefährlichen Reaktionen führen können, vom Ladegerät oder der Last trennt. Insbesondere in einem Kurzschlussfall ist ein schnelles und sicheres Abtrennen der Batterie zu gewährleisten. Derzeit werden hierbei noch überwiegend mechanische Relais als Trennschalter eingesetzt. In Bezug auf eine höhere Schaltgeschwindigkeit kann jedoch eine halbleiterbasierte Lösung gegenüber einem mechanischen Relais deutliche Vorteile bieten.In most cases, battery management systems (BMS) are used to monitor the condition of a battery and ensure safe operation. Such battery management systems are usually equipped with an electronically controlled disconnect switch that disconnects the battery from the charger or load under critical conditions that can lead to dangerous reactions. In the event of a short circuit in particular, it must be ensured that the battery is disconnected quickly and safely. At present, mechanical relays are still predominantly used as isolating switches. In terms of higher switching speed, however, a semiconductor-based solution can offer significant advantages over a mechanical relay.

Insbesondere beim halbautonomen oder autonomen Fahren sind die Anforderungen an die Verfügbarkeit von elektrisch unterstützen oder rein elektrisch ausgeführten, sicherheitsrelevanten Funktionen sehr hoch. Unter Berücksichtigung der funktionalen Sicherheit nach ISO 26262 können solche Funktionen mit einer Verfügbarkeit nach Einstufung ASIL C oder D klassifiziert sein. Die Trennschalter müssen demnach sehr hohe Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanforderungen nach ASIL C oder D erfüllen.Particularly in the case of semi-autonomous or autonomous driving, the requirements for the availability of electrically assisted or purely electrically executed, safety-relevant functions are very high. Taking into account the functional safety according to ISO 26262, such functions can be classified with availability according to ASIL C or D classification. The circuit breakers must therefore meet very high reliability and availability requirements according to ASIL C or D.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Trennschaltervorrichtung für ein Batteriesystem anzugeben, die eine verbesserte Diagnosemöglichkeit und/oder eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.The object on which the invention is based is to specify an isolating switch device for a battery system which has improved diagnostic options and/or greater reliability.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are characterized in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Trennschaltervorrichtung für ein Batteriesystem einen Trennschalter zur Trennung einer Batterieeinheit des Batteriesystems von einer Last oder einer Ladestation auf. Der Trennschalter weist zumindest zwei parallelgeschaltete bidirektionale Halbleiterschalteinheiten auf. Die zumindest zwei Halbleiterschalteinheiten weisen jeweils eine Serienschaltung von zwei Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) auf, wobei die Source-Anschlüsse der zwei MOSFETs miteinander verbunden sind und die Drain-Anschlüsse der MOSFETs in die jeweilige Halbleiterschalteinheit hineinbeziehungsweise aus der jeweiligen Halbleiterschalteinheit herausführen. Solch eine Konfiguration wird auch als Back-to-Back-Konfiguration bezeichnet.According to a first aspect of the invention, a disconnecting switch device for a battery system has a disconnecting switch for disconnecting a battery unit of the battery system from a load or a charging station. The isolating switch has at least two bidirectional semiconductor switching units connected in parallel. The at least two semiconductor switching units each have a series connection of two metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), the source connections of the two MOSFETs being connected to one another and the drain connections of the MOSFETs leading into or out of the respective semiconductor switching unit. Such a configuration is also referred to as a back-to-back configuration.

Die MOSFETs sind beispielsweise als n-Kanal-MOSFETs ausgebildet. Die MOSFET weisen vorzugweise jeweils ein Gehäuse auf.The MOSFETs are in the form of n-channel MOSFETs, for example. The MOSFETs preferably each have a housing.

Die MOSFESTs sind beispielsweise als Leistungs-MOSFETs ausgebildet.The MOSFESTs are in the form of power MOSFETs, for example.

Die Source-Anschlüsse der MOSFETs, die nicht im gleichen Zweig beziehungsweise nicht in der gleichen Halbleiterschalteinheit angeordnet sind, sind nicht verbunden. Der Trennschalter weist vorzugsweise nur Halbleiterschalteinheiten mit gleichartige Back-to-Back-Anordnungen auf. Die Back-to-Back-Konfiguration ermöglicht, dass ein Sperren eines Stromflusses in beide Richtungen erfolgen kann.The sources of the MOSFETs that are not arranged in the same branch or in the same semiconductor switching unit are not connected. The circuit breaker preferably has only semiconductor switching units with back-to-back arrangements of the same type. The back-to-back configuration allows current flow to be blocked in either direction.

Die Trennschaltervorrichtung weist somit einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad auf, die parallelgeschaltet sind. Dies hat den Vorteil, dass höhere Ströme über den Trennschalter transportiert werden können und der Trennschalter somit höhere Leistungsanforderungen erfüllen kann.The circuit breaker device thus has a first current path and a second current path, which are connected in parallel. This has the advantage that higher currents can be transported via the circuit breaker and the circuit breaker can therefore meet higher performance requirements.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Trennschaltervorrichtung für jede Halbleiterschalteinheit einen Gate-Treiber und/oder eine Ladungspumpe auf zur Ansteuerung der MOSFETs der jeweiligen Halbleiterschalteinheit. Jede Halbleiterschalteinheit kann unabhängig beziehungsweise getrennt von den anderen Halbleiterschalteinheit angesteuert werden. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass jede Halbleiterschalteinheit separat diagnostiziert werden kann. Da jede Halbleiterschalteinheit separat gesteuert werden kann, kann die Batterieeinheit einen „Eingeschränkten Modus“ (im Englischen „limp-mode“) bereitstellen, falls eine Einheit defekt ist. Für die Energieverfügbarkeit kann somit eine höhere ASIL-Einstufung als bei Standardlösungen erreicht werden.In an advantageous embodiment according to the first aspect, the isolating switch device has a gate driver and/or a charge pump for each semiconductor switching unit for driving the MOSFETs of the respective semiconductor switching unit. Each semiconductor switching unit can be controlled independently or separately from the other semiconductor switching unit. This offers the particular advantage that each semiconductor switching unit can be diagnosed separately. Since each solid state switching unit can be controlled separately, the battery pack can provide a "limp-mode" in case one unit fails. For the energy availability can thus a higher ASIL classification can be achieved than with standard solutions.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben einer Trennschaltervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt abhängig von einem bereitgestellten Strom- und/oder Spannungsmesssignal, das repräsentativ ist für einen Ausgangstrom beziehungsweise einen Eingangsstrom der Batterieeinheit, zumindest ein Steuersignal bereitgestellt wird zum Ansteuern der Halbleiterschalteinheiten der Trennschaltervorrichtung. Wenn der Trennschalter der Trennung der Batterieeinheit von der Last dient, ist das Strom- bzw. Spannungsmesssignal repräsentativ ist für ein Ausgangstrom der Batterieeinheit, und wenn der Trennschalter der Trennung der Batterieeinheit des Batteriesystems von der Ladestation dient, ist das Strom- bzw. Spannungsmesssignal repräsentativ für ein Eingangsstrom der Batterieeinheit.According to a second aspect of the invention, in a method for operating a circuit breaker device according to the first aspect, at least one control signal is provided for driving the semiconductor switching units, depending on a provided current and/or voltage measurement signal, which is representative of an output current or an input current of the battery unit the circuit breaker device. If the circuit breaker is used to separate the battery pack from the load, the current or voltage measurement signal is representative of an output current of the battery pack, and if the circuit breaker is used to separate the battery pack of the battery system from the charging station, the current or voltage measurement signal is representative for an input current of the battery pack.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Batteriesteuereinheit eingerichtet zum Betreiben einer Trennschaltervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, wobei die Batteriesteuereinheit ausgebildet ist, abhängig von einem bereitgestellten Strom- und/oder Spannungsmesssignal, das repräsentativ ist für einen Ausgangstrom beziehungsweise einen Eingangsstrom der Batterieeinheit, zumindest ein Steuersignal bereitzustellen zum Ansteuern der Halbleiterschalteinheiten der Trennschaltervorrichtung.According to a third aspect of the present disclosure, a battery control unit is set up to operate a circuit breaker device according to the first aspect, the battery control unit being designed as a function of a current and/or voltage measurement signal provided, which is representative of an output current or an input current of the battery unit, at least to provide a control signal for driving the semiconductor switching units of the disconnector device.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Batteriesystem eine Trennschaltervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, eine Batterieeinheit und eine Last und/oder eine Ladestation auf, wobei die Batterie mit einem ersten Anschluss der Trennschaltervorrichtung und die Last beziehungsweise die Ladestation mit einem zweiten Anschluss der Trennschaltervorrichtung verbunden ist.According to a fourth aspect of the present disclosure, a battery system has a circuit breaker device according to the first aspect, a battery unit and a load and/or a charging station, the battery having a first terminal of the circuit breaker device and the load or the charging station having a second terminal of the circuit breaker device connected is.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem vierten Aspekt weist das Batteriesystem eine Batteriesteuereinheit gemäß dem dritten Aspekt auf.In an advantageous embodiment according to the fourth aspect, the battery system has a battery control unit according to the third aspect.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranlasst ein Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor einer Batteriesteuereinheit ausgeführt wird, die Batteriesteuereinheit eine Trennschaltervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt anzusteuern und das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt auszuführen.According to a fifth aspect of the present disclosure, a computer program, when executed by a processor of a battery control unit, causes the battery control unit to drive a circuit breaker device according to the first aspect and to perform the method according to the second aspect.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein computerlesbares Medium ein Computerprogramm auf, das, wenn das Programm von einem Prozessor einer Batteriesteuereinheit ausgeführt wird, die Batteriesteuereinheit veranlasst, eine Trennschaltervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt anzusteuern und das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt auszuführen.According to a sixth aspect of the present disclosure, a computer-readable medium includes a computer program that, when the program is executed by a processor of a battery control unit, causes the battery control unit to drive a circuit breaker device according to the first aspect and to execute the method according to the second aspect.

Optionale Ausgestaltungen des ersten Aspekts können auch entsprechend bei den weiteren Aspekten vorhanden sein und entsprechende Wirkungen aufweisen.Optional configurations of the first aspect can also be present correspondingly in the further aspects and have corresponding effects.

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte, wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs, derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.The computer program may be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C++, etc. The computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray disk, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory/processor, etc.). The instruction code can program a computer or other programmable devices, such as in particular a control unit for an engine of a motor vehicle, in such a way that the desired functions are carried out. Furthermore, the computer program can be made available on a network such as the Internet, from which it can be downloaded by a user if required.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.

Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Variationen oder Modifikationen, die im Hinblick auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.The description of the objects given here is not limited to each specific embodiment. Features of different exemplary embodiments can—insofar as this makes technical sense—be combined with one another in order to form further exemplary embodiments. For example, variations or modifications described with respect to one embodiment may be applicable to other embodiments unless otherwise noted.

Es zeigen:

  • 1 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Trennschaltervorrichtung,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Batteriesystems und
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Batteriesystems.
Show it:
  • 1 an exemplary equivalent circuit diagram of an embodiment of a circuit breaker device,
  • 2 a schematic block diagram of a first battery system and
  • 3 a schematic block diagram of a second battery system.

In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.In the figures, the same reference numbers are used for elements with essentially the same function, but these elements do not have to be identical in all details.

Nachfolgend werden Details ausgeführt, um eine ausführlichere Erklärung der beispielhaften Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. Spezielle oder allgemeine Werte, Bemessungsdaten, Hinzufügungen sowie der Einschluss oder Ausschluss von Komponenten sind nicht dazu bestimmt, den Schutzbereich der Erfindung zu beeinflussen.Details are set out below to provide a more detailed explanation of the exemplary provide examples. However, it will be apparent to those skilled in the art that example embodiments may be practiced without these specific details. Specific or generic values, ratings, additions, inclusions or exclusions of components are not intended to affect the scope of the invention.

In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht und nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis der Ausführungsbeispiele zu vereinfachen.In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form or in schematic view rather than in detail in order to facilitate an understanding of the example embodiments.

Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „benachbart“ versus „direkt benachbart“ etc.).It is understood that when an element is referred to as being “connected” or “coupled” to another element, the element may be directly connected or coupled to the other element, or intermediary elements may be present. In contrast, when an element is said to be "directly connected" or "coupled" to another element, there are no intermediate elements present. Other terms used to describe the relationship between elements should be construed in a similar manner (e.g., "between" versus "directly between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.).

1 zeigt ein beispielhaftes Ersatzschaltbild für eine Trennschaltervorrichtung 10 eines Batteriesystems. Das Batteriesystem ist beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, angeordnet. 1 shows an exemplary equivalent circuit diagram for a circuit breaker device 10 of a battery system. The battery system is arranged, for example, in a vehicle, in particular in a hybrid vehicle.

Die Trennschaltervorrichtung 10 weist einen Trennschalter 11 zur Trennung einer Batterieeinheit 14 von einer Last oder von einer Ladestation auf. Der Trennschalter 11 umfasst zumindest zwei parallelgeschaltete bidirektionaleThe disconnecting switch device 10 has a disconnecting switch 11 for disconnecting a battery unit 14 from a load or from a charging station. The circuit breaker 11 comprises at least two parallel-connected bidirectional

Halbleiterschalteinheiten 12. Die zumindest zwei Halbleiterschalteinheiten 12 weisen jeweils eine Serienschaltung von zwei Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) T auf, wobei die Source-Anschlüsse der zwei MOSFETs T miteinander verbunden, insbesondere direkt verbunden, sind und die Drain-Anschlüsse der MOSFETs T in die jeweilige Halbleiterschalteinheit 12 hinein- beziehungsweise aus der jeweiligen Halbleiterschalteinheit 12 herausführen.Semiconductor switching units 12. The at least two semiconductor switching units 12 each have a series connection of two metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) T, the source connections of the two MOSFETs T being connected to one another, in particular directly connected, and the drain connections of the MOSFETs T lead into the respective semiconductor switching unit 12 or out of the respective semiconductor switching unit 12 .

Die Trennschaltervorrichtung 10 weist für jede Halbleiterschalteinheit 12 einen Gate-Treiber (in 1 nicht gezeigt) auf zur Ansteuerung der MOSFETs T der jeweiligen Halbleiterschalteinheit 12. Alternativ ist es möglich, dass der Trennschaltervorrichtung 10 die Gate-Treiber zugeordnet sind. Die Gate-Treiber bilden eine Gate-Treiber-Anordnung 18 (siehe 2). Die Gate-Treiber-Anordnung umfasst beispielsweise zwei Gate-Treiber, d.h. jeweils einen Gate-Treiber für einen Zweig.The circuit breaker device 10 has a gate driver (in 1 not shown) for driving the MOSFETs T of the respective semiconductor switching unit 12. Alternatively, it is possible for the isolating switch device 10 to be assigned the gate driver. The gate drivers form a gate driver arrangement 18 (see 2 ). The gate driver arrangement includes, for example, two gate drivers, ie one gate driver for each branch.

2 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines Batteriesystems mit der Trennschaltervorrichtung 10. 2 shows an exemplary block diagram for an embodiment of a battery system with the disconnector device 10.

Das Batteriesystem weist eine Batterieeinheit 14 und die Trennschaltervorrichtung 10 auf. Die Batterieeinheit 14 umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Batteriemodulen, die parallel und/oder in Serie geschaltet sind. Die Batteriemodule weisen vorzugsweise eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die parallel und/oder in Serie geschaltet sind.The battery system has a battery unit 14 and the circuit breaker device 10 . The battery unit 14 comprises, for example, a multiplicity of battery modules which are connected in parallel and/or in series. The battery modules preferably have a large number of battery cells which are connected in parallel and/or in series.

Die Batterieeinheit 14 ist beispielsweise eine 48 V Batterie.The battery unit 14 is a 48 V battery, for example.

Die Batterieeinheit 14 ist mit der Trennschaltervorrichtung 10 verbunden. Beispielsweise ist ein Pluspol der Batterieeinheit 14 mit einem Eingang der Trennschaltervorrichtung 10 indirekt verbunden. Die Batterieeinheit 14 ist beispielsweise über eine Sicherung 24 und/oder ein Shunt-Widerstand 22 mit der Trennschaltervorrichtung 10 verbunden.The battery unit 14 is connected to the circuit breaker device 10 . For example, a positive pole of the battery unit 14 is indirectly connected to an input of the circuit breaker device 10 . The battery unit 14 is connected to the circuit breaker device 10 via a fuse 24 and/or a shunt resistor 22, for example.

Vorzugsweise weist das Batteriesystem eine Batteriesteuereinheit 16 auf. Das Batteriesystem weist ferner beispielsweise eine Zellüberwachungseinheit 26 und/oder einen Spannungs- oder Stromsensor 20 auf.The battery system preferably has a battery control unit 16 . The battery system also has a cell monitoring unit 26 and/or a voltage or current sensor 20, for example.

Die Zellüberwachungseinheit 26 ist ausgebildet, eine Temperatur und/oder ein Ladezustand und/oder eine Alterungszustand der Zellen der Batterieeinheit 14 zu überwachen und/oder eine Symmetrierung der Batteriezellen durchzuführen.The cell monitoring unit 26 is designed to monitor a temperature and/or a state of charge and/or an aging state of the cells of the battery unit 14 and/or to balance the battery cells.

Die Batteriesteuereinheit 16 ist mit der Zellüberwachungseinheit 26, dem Spannungssensor 20 beziehungsweise dem Stromsensor 20 und der Gate-Treiber-Anordnung 18 gekoppelt und ausgebildet, abhängig von Eingangsdaten von dem Zellüberwachungseinheit 26 und/oder dem Spannungssensor 20 beziehungsweise Stromsensor 20, die Gate-Treiber der Halbleiterschalteinheiten 12 anzusteuern, und somit das Schließ- und Öffnungsverhalten des Trennschalters 11 zu steuern.The battery control unit 16 is coupled to the cell monitoring unit 26, the voltage sensor 20 or the current sensor 20 and the gate driver arrangement 18 and is configured, depending on input data from the cell monitoring unit 26 and/or the voltage sensor 20 or the current sensor 20, the gate driver of the To control semiconductor switching units 12, and thus to control the closing and opening behavior of the circuit breaker 11.

Die Batteriesteuereinheit 16 weist insbesondere auch eine Kommunikationsschnittstelle 28 auf für einen Datenaustausch mit einer zentralen oder übergeordneten Steuereinheit des Fahrzeugs.In particular, the battery control unit 16 also has a communication interface 28 for data exchange with a central or higher-level control unit of the vehicle.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Batteriesystems. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Trennschaltervorrichtung 10 mit dem Minuspol der Batterieeinheit 14 verbunden. Insbesondere ist die Batterieeinheit 14 über die eine Sicherung 24 und den Shunt-Widerstand 22 mit der Trennschaltervorrichtung 10 verbunden. 3 shows another embodiment of a battery system. In this embodiment, the circuit breaker device 10 is connected to the negative pole of the battery pack 14 . In particular, the battery pack 14 is about the one Fuse 24 and the shunt resistor 22 are connected to the circuit breaker device 10 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Trennschaltervorrichtungcircuit breaker device
1111
Trennschaltercircuit breaker
1212
Halbleiterschalteinheitsemiconductor switching unit
1414
Batterieeinheitbattery unit
1616
Batteriesteuereinheitbattery control unit
1818
Gate-Treiber-AnordnungGate driver arrangement
2020
Strom- oder Spannungssensorcurrent or voltage sensor
2222
Shunt-Widerstandshunt resistance
2424
Sicherungfuse
2626
Zellüberwachungseinheitcell monitoring unit
2828
Kommunikationsschnittstellecommunication interface
DD
Draindrainage
GG
GateGate
SS
SourceSource
TT
MOSFETMOSFET

Claims (8)

Trennschaltervorrichtung (10) für ein Batteriesystem, wobei - die Trennschaltervorrichtung (10) einen Trennschalter (11) zur Trennung einer Batterieeinheit (14) von einer Last oder von einer Ladestation aufweist, - der Trennschalter (11) zumindest zwei parallelgeschaltete bidirektionale Halbleiterschalteinheiten (12) aufweist und - die zumindest zwei Halbleiterschalteinheiten (12) jeweils eine Serienschaltung von zwei MOSFETs (T) aufweisen, wobei die Source-Anschlüsse der zwei MOSFETs (T) miteinander verbunden sind und die Drain-Anschlüsse der MOSFETs (T) in die jeweilige Halbleiterschalteinheit (12) hinein- beziehungsweise aus der jeweiligen Halbleiterschalteinheit (12) herausführen.Disconnector device (10) for a battery system, wherein - the circuit breaker device (10) has a circuit breaker (11) for disconnecting a battery unit (14) from a load or from a charging station, - the isolating switch (11) has at least two bidirectional semiconductor switching units (12) connected in parallel and - the at least two semiconductor switching units (12) each have a series connection of two MOSFETs (T), the source connections of the two MOSFETs (T) being connected to one another and the drain connections of the MOSFETs (T) being connected to the respective semiconductor switching unit (12) lead in or out of the respective semiconductor switching unit (12). Trennschaltervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Trennschaltervorrichtung (10) für jede Halbleiterschalteinheit (12) einen Gate-Treiber und/oder eine Ladungspumpe aufweist zur Ansteuerung der MOSFETs (T) der jeweiligen Halbleiterschalteinheit (12).Circuit breaker device (10) according to claim 1 , wherein the isolating switch device (10) for each semiconductor switching unit (12) has a gate driver and/or a charge pump for driving the MOSFETs (T) of the respective semiconductor switching unit (12). Verfahren zum Betreiben einer Trennschaltervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem abhängig von einem bereitgestellten Strom- und/oder Spannungsmesssignal, das repräsentativ ist für einen Ausgangstrom beziehungsweise einen Eingangsstrom der Batterieeinheit (14), zumindest ein Steuersignal bereitgestellt wird zum Ansteuern der Halbleiterschalteinheiten (12) der Trennschaltervorrichtung (10).Method for operating a circuit breaker device (10). claim 1 or 2 , in which, depending on a provided current and/or voltage measurement signal, which is representative of an output current or an input current of the battery unit (14), at least one control signal is provided for driving the semiconductor switching units (12) of the disconnector device (10). Batteriesteuereinheit (16) zum Betreiben einer Trennschaltervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, die ausgebildet ist, abhängig von einem bereitgestellten Strom- und/oder Spannungsmesssignal, das repräsentativ ist für einen Ausgangstrom beziehungsweise einen Eingangsstrom der Batterieeinheit (14), zumindest ein Steuersignal bereitzustellen zum Ansteuern der Halbleiterschalteinheiten (12) der Trennschaltervorrichtung (10).Battery control unit (16) for operating a circuit breaker device (10) according to claim 1 or 2 , which is designed to provide at least one control signal for driving the semiconductor switching units (12) of the disconnector device (10) depending on a current and/or voltage measurement signal that is provided, which is representative of an output current or an input current of the battery unit (14). Batteriesystem, aufweisend eine Trennschaltervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, eine Batterieeinheit (14) und eine Last und/oder eine Ladestation, wobei die Batterieeinheit (14) mit einem ersten Anschluss der Trennschaltervorrichtung (10) verbunden ist und die Last beziehungsweise die Ladestation mit einem zweiten Anschluss der Trennschaltervorrichtung (10) verbunden ist.Battery system, having a circuit breaker device (10). claim 1 or 2 , a battery unit (14) and a load and/or a charging station, wherein the battery unit (14) is connected to a first terminal of the circuit breaker device (10) and the load or the charging station is connected to a second terminal of the circuit breaker device (10). Batteriesystem nach Anspruch 5, aufweisend eine Batteriesteuereinheit (16) nach Anspruch 4.battery system claim 5 , Having a battery control unit (16) after claim 4 . Computerprogramm, das, wenn es von einem Prozessor einer Batteriesteuereinheit (16) ausgeführt wird, die Batteriesteuereinheit (16) veranlasst, die Trennschaltervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2 anzusteuern und das Verfahren nach Anspruch 3 auszuführen.A computer program which, when executed by a processor of a battery control unit (16), causes the battery control unit (16) to adjust the circuit breaker device (10). claim 1 or 2 to control and the procedure after claim 3 to execute. Computerlesbares Medium aufweisend ein Computerprogramm, das, wenn das Programm von einem Prozessor einer Batteriesteuereinheit (16) ausgeführt wird, die Batteriesteuereinheit (16) veranlasst, die Trennschaltervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2 anzusteuern und das Verfahren nach Anspruch 3 auszuführen.A computer-readable medium comprising a computer program which, when the program is executed by a processor of a battery control unit (16), causes the battery control unit (16) to reset the circuit breaker device (10). claim 1 or 2 to control and the procedure after claim 3 to execute.
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FR2991461B1 (en) * 2012-05-30 2015-06-12 Valeo Equip Electr Moteur METHOD FOR DIAGNOSING A SECURITY SWITCH OF A SECURE ELECTRIC POWER SUPPLY DEVICE OF A HYBRID MOTOR VEHICLE AND SECURE ELECTRICAL SUPPLY DEVICE THEREFOR
JP6665757B2 (en) * 2016-11-08 2020-03-13 株式会社デンソー Power control device and battery unit
DE102019205801A1 (en) * 2019-04-23 2020-10-29 Robert Bosch Gmbh Disconnector

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