DE102022209822A1

DE102022209822A1 - Batteriesystem, Verfahren zur Diagnose eines Batteriesystems

Info

Publication number: DE102022209822A1
Application number: DE102022209822.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Kohn; Thomas Barabas; Chrysanthos Tzivanopoulos; Boris Lander
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-21
Also published as: CN117728057A; US20240103087A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (100), das ein Batteriepack (5), welches einen positiven Pol (22), einen negativen Pol (21), mindestens eine Batteriezelle (2) und einen Packspannungsteiler (20) aufweist, und mindestens ein mit dem Batteriepack (5) elektrisch verbindbares Hochvolt-Koppelnetz (10), welches ein positives Terminal (12), ein negatives Terminal (11) und einen Linkspannungsteiler (30) aufweist, umfasst. Dabei umfasst der Packspannungsteiler (20) einen ersten Messwiderstand (RM1) und einen ersten Messschalter (SM1), die seriell miteinander zwischen dem negativen Pol (21) und einem ersten Referenzpunkt (50) geschaltet sind, und einen zweiten Messwiderstand (RM2) und einen zweiten Messschalter (SM2), die seriell miteinander zwischen dem positiven Pol (22) und dem ersten Referenzpunkt (50) geschaltet sind. Der Linkspannungsteiler (30) umfasst dabei einen dritten Messwiderstand (RM3), der zwischen dem negativen Terminal (11) und einem zweiten Referenzpunkt (60) geschaltet ist, und einen vierten Messwiderstand (RM4), der zwischen dem positiven Terminal (12) und dem zweiten Referenzpunkt (60) geschaltet ist. Dabei umfasst das Batteriesystem (100) ferner eine erste Messeinheit (32) zum Erfassen einer am ersten Messwiderstand (RM1) abfallenden ersten Messspannung (UM1), eine zweite Messeinheit (34) zum Erfassen einer am zweiten Messwiderstand (RM2) abfallenden zweiten Messspannung (UM2), eine dritte Messeinheit (36) zum Erfassen einer am dritten Messwiderstand (RM3) abfallenden dritten Messspannung (UM3) und eine vierte Messeinheit (38) zum Erfassen einer am vierten Messwiderstand (RM4) abfallenden vierten Messspannung (UM4). Die erste und die zweite Messeinheit (32, 34) sind mit dem ersten Referenzpunkt (50) elektrisch verbunden und die dritte und die vierte Messeinheit (36, 38) sind mit dem zweiten Referenzpunkt (60) elektrisch verbunden. Erfindungsgemäß ist der erste Referenzpunkt (50) mit einer Niedervolt-Koppelnetz-Masse (52) verbunden und der zweite Referenzpunkt (60) mit dem negativen Pol (21) des Batteriepacks (5) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, das ein Batteriepack, welches einen positiven Pol, einen negativen Pol, mindestens eine Batteriezelle und einen Packspannungsteiler aufweist, und mindestens ein mit dem Batteriepack elektrisch verbindbares Hochvolt-Koppelnetz, welches ein positives Terminal, ein negatives Terminal und einen Linkspannungsteiler aufweist, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Diagnose eines Batteriesystems.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft vermehrt elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge zum Einsatz kommen werden. In solchen Elektrofahrzeugen werden aufladbare Batterien eingesetzt, vorwiegend um elektrische Antriebseinrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen.
Ein Batteriepack kann eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen, die elektrisch sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltet sein können. Ein derartiges Batteriepack weist eine Ausgangsspannung im Bereich von beispielsweise 400 V bis 800 V auf, welche zwischen einem positiven Pol und einen negativen Pol anliegt. Ferner ist ein Managementsystem vorgesehen, welches den Betrieb des Batteriepacks überwacht und derart steuert, dass die Batteriezellen sicher und nachhaltig bezüglich ihrer Lebensdauer betrieben werden. Dabei werden Isolationswiderstände auch überwacht. Eine Isolationsüberwachungsfunktion des Managementsystems misst üblicherweise Potentiale nur innerhalb von Hochvolt-Koppelnetzen, d. h. Koppelnetzen, die durch galvanische Trennung von Hochstrom-Leitungen separiert sind.
Das Dokument DE 10 2013 012 151 A1 offenbart eine Messanordnung zur Messung von Isolationswiderständen, mit einer Spannungsquelle, deren Ausgang mit einem ersten Netz gekoppelt ist, das eine elektrische Isolierung aufweist.
Das Dokument DE 10 2012 215 619 A1 beschreibt eine Messeinrichtung zum Messen des Isolationswiderstands einer zwischen einem Niedervolt-Netz und einem Hochvolt-Netz angeordneten galvanischen Trennung.
Das Dokument DE 10 2018 211 625 A1 betrifft eine Bordnetzanordnung mit einem ersten Isolationswiderstand zwischen einem ersten Hochvolt-Potential und einer vorbestimmten elektrischen Masse sowie einem zweiten Isolationswiderstand zwischen einem zweiten Hochvolt-Potential und der vorbestimmten elektrischen Masse auf. Das Dokument betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer Bordnetzsymmetrie.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Batteriesystem vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst dabei ein Batteriepack, welches einen positiven Pol, einen negativen Pol, mindestens eine Batteriezelle und einen Packspannungsteiler aufweist, und mindestens ein mit dem Batteriepack elektrisch verbindbares Hochvolt-Koppelnetz, welches ein positives Terminal, ein negatives Terminal und einen Linkspannungsteiler aufweist. Das Batteriesystem kann auch ein Niedervolt-Koppelnetz umfassen. Zur Trennung des Batteriepacks beziehungsweise des Hochvolt-Koppelnetz von dem Niedervolt-Koppelnetz umfasst das Batteriesystem ferner Isolationswiderstände, wie beispielsweise einen ersten und einen zweiten Packisolationswiderstand sowie einen ersten und einen zweiten Linkisolationswiderstand. Dabei sind die Isolationswiderstände mit einer Niedervolt-Koppelnetz-Masse elektrisch verbunden. Unter dem Begriff „Isolationswiderstand“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielmehr die Gesamtheit der parasitären Widerstände zwischen den entsprechenden Potentialen verstanden. Der erste Packisolationswiderstand ist dabei zwischen dem negativen Pol und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse vorhanden, während der zweite Packisolationswiderstand zwischen dem positiven Pol und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse vorhanden ist. Der erste Linkisolationswiderstand ist dabei zwischen dem negativen Terminal und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse vorhanden, während der zweite Linkisolationswiderstand zwischen dem positiven Terminal und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse vorhanden ist.
Der Packspannungsteiler umfasst dabei einen ersten Messwiderstand und einen ersten Messschalter, die seriell miteinander zwischen dem negativen Pol und einem ersten Referenzpunkt geschaltet sind, und einen zweiten Messwiderstand und einen zweiten Messschalter, die seriell miteinander zwischen dem positiven Pol und dem ersten Referenzpunkt geschaltet sind.
Der Linkspannungsteiler umfasst dabei einen dritten Messwiderstand, der zwischen dem negativen Terminal und einem zweiten Referenzpunkt geschaltet ist, und einen vierten Messwiderstand, der zwischen dem positiven Terminal und dem zweiten Referenzpunkt geschaltet ist.
Das Batteriesystem umfasst ferner eine erste Messeinheit zum Erfassen einer am ersten Messwiderstand abfallenden ersten Messspannung, eine zweite Messeinheit zum Erfassen einer am zweiten Messwiderstand abfallenden zweiten Messspannung, eine dritte Messeinheit zum Erfassen einer am dritten Messwiderstand abfallenden dritten Messspannung und eine vierte Messeinheit zum Erfassen einer am vierten Messwiderstand abfallenden vierten Messspannung. Dabei sind die erste und die zweite Messeinheit mit dem ersten Referenzpunkt elektrisch verbunden und die dritte und die vierte Messeinheit mit dem zweiten Referenzpunkt elektrisch verbunden.
Erfindungsgemäß ist der erste Referenzpunkt mit der Niedervolt-Koppelnetz-Masse verbunden und der zweite Referenzpunkt mit dem negativen Pol des Batteriepacks verbunden.
Vorzugsweise ist das Batteriepack mittels mindestens eines Schalters und/oder eines DC/DC-Wandlers mit dem mindestens einen Hochvolt-Koppelnetz elektrisch verbindbar.
Vorzugsweise sind die erste, die zweite, die dritte und die vierte Messeinheit als Analog-Digital-Wandler ausgebildet.
Vorzugsweise sind die erste und die zweite Messeinheit innerhalb des Batteriepacks angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die dritte und die vierte Messeinheit ebenfalls innerhalb des Batteriepacks angeordnet.
Vorzugsweise sind das mindestens eine Hochvolt-Koppelnetz als ein Traktionsnetz zur Traktion eines Fahrzeugs oder ein Ladenetz zu Laden des Batteriepacks ausgebildet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Diagnose eines Batteriesystems. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriesystems ausgeführt. Entsprechend gelten im Rahmen des Batteriesystems beschriebene Merkmale für das Verfahren und umgekehrt gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale für das Batteriesystem.
Wenn das Batteriepack von dem mindestens einen Hochvolt-Koppelnetz getrennt ist, werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die jeweiligen Messspannungen mittels der entsprechenden Messeinheiten bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters erfasst. Anschließend werden die Isolationswiderstände berechnet.
Wenn das Batteriepack mit dem mindestens Hochvolt-Koppelnetz verbunden ist, werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die ersten und der zweiten Messspannung mittels der entsprechenden ersten und zweiten Messeinheit bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters erfasst. Danach werden die Isolationswiderstände berechnet.
Unter „unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und des zweiten Messschalters“ wird verstanden, dass beispielsweise die beiden Messschalter geschlossen oder geöffnet sind oder dass einer der Messschalter geschlossen ist, während der andere Messschalter geöffnet ist.
Ferner wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, vorgeschlagen. Das Bordnetz umfasst dabei ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Batteriesystem und/oder ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durchzuführen.
Es wird auch ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgeschlagen, welches ein erfindungsgemäßes Bordnetz umfasst.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue Struktur zur Isolationsmessung bereitgestellt, die auch der Isolationsmessung in Koppelnetzen erlaubt, die im Hochstrompfad galvanisch getrennt oder z. B. während des Ladens durch einen Hochvolt-DC/DC-Wandler auf einer anderen Hochvolt-Spannungslage befinden hinsichtlich ihres Isolationswiderstands zu diagnostizieren.
Diese neue Struktur beziehungsweise Verfahren zur Bestimmung von Isolationswiderständen können zudem dazu genutzt werden, um die Messung zu plausibilisieren oder Vorteile in der Schnelligkeit der Messung zu gewinnen. Letzteres ist vor allem dann wichtig, wenn sich die Relaxationszeiten zum stationären Zustand für die unterschiedlichen Gleichungen stark unterschiedlich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einer ersten Ausführungsform und
2 eine schematische Darstellung des Batteriesystems gemäß eine zweiten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zu entnehmen.
Das Batteriesystem 100 umfasst dabei ein Batteriepack 5, welches einen positiven Pol 22, einen negativen Pol 21, mehrere Batteriezelle 2 und einen Packspannungsteiler 20 aufweist. Das Batteriepack 5 weist eine Packspannung UB auf. Vorliegend in 1 werden drei Batteriezellen 2, die in Reihe geschaltet sind, dargestellt. Selbstverständlich kann das Batteriepack 5 weniger oder mehr als drei Batteriezellen 2 umfassen. Die mehrere Batteriezellen 2 sind bevorzugt als Lithium-lonen-Zellen ausgebildet und können auch parallel oder seriell und/oder parallel geschaltet sein.
Das Batteriesystem 100 umfasst ferner ein mit dem Batteriepack 5 elektrisch verbindbares Hochvolt-Koppelnetz 10, welches ein positives Terminal 12, ein negatives Terminal 11 und einen Linkspannungsteiler 30 aufweist. Aus 1 geht hervor, dass das Batteriepack 5 ist über einen ersten Schalter SP1 und einen zweiten Schalter SP2 mit dem Hochvolt-Koppelnetz 10 elektrisch verbindbar. Der erste und der zweite Schalter SP1, SP2 werden hierbei auch als Hauptschütz bezeichnet. Das Batteriesystem 100 kann noch weitere Hochvolt-Koppelnetz 10 umfassen.
Das Batteriesystem 100 umfasst dabei auch ein hier nicht näher dargestelltes Niedervolt-Koppelnetz. Zur Trennung des Batteriepacks 5 beziehungsweise des Hochvolt-Koppelnetz 10 von dem Niedervolt-Koppelnetz umfasst das Batteriesystem 100 ferner Isolationswiderstände, und zwar einen ersten Packisolationswiderstand RB1 und einen zweiten Packisolationswiderstand RB2 sowie einen ersten Linkisolationswiderstand RL1 und einen zweiten Linkisolationswiderstand RL2. Dabei sind die Isolationswiderstände mit einer Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 elektrisch verbunden. Die in 1 beziehungsweise 2 gezeigten Isolationswiderstände RB1, RB2, RL1 RL2 sind keine elektrischen Bauteile, sondern stehen vielmehr symbolisch für die Gesamtheit der parasitären Widerstände zwischen den entsprechenden Potentialen.
Der erste Packisolationswiderstand RB1 ist dabei zwischen dem negativen Pol 21 und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 vorhanden, während der zweite Packisolationswiderstand RB2 zwischen dem positiven Pol 22 und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 vorhanden ist. Der erste Linkisolationswiderstand RL1 ist dabei zwischen dem negativen Terminal 11 und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 vorhanden, während der zweite Linkisolationswiderstand RL2 zwischen dem positiven Terminal 12 und der Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 vorhanden ist.
Der Packspannungsteiler 20 umfasst dabei einen ersten Messwiderstand RM1 und einen ersten Messschalter SM1, die seriell miteinander zwischen dem negativen Pol 21 und einem ersten Referenzpunkt 50 geschaltet sind. Dabei ist der erste Messwiderstand RM1 direkt mit dem ersten Referenzpunkt 50 verbunden, während der erste Messschalter SM1 über einen ersten zusätzlichen Widerstand R1 mit dem negativen Pol 21 verbunden ist.
Der Packspannungsteiler 20 umfasst ferner einen zweiten Messwiderstand RM2 und einen zweiten Messschalter SM2, die seriell miteinander zwischen dem positiven Pol 22 und dem ersten Referenzpunkt 50 geschaltet sind. Dabei ist der zweite Messwiderstand RM2 direkt mit dem ersten Referenzpunkt 50 verbunden, während der zweite Messschalter SM2 über einen zweiten zusätzlichen Widerstand R2 mit dem positiven Pol 22 verbunden ist.
Der Linkspannungsteiler 30 umfasst dabei einen dritten Messwiderstand RM3, der zwischen dem negativen Terminal 11 und einem zweiten Referenzpunkt 60 geschaltet ist, und einen vierten Messwiderstand RM4, der zwischen dem positiven Terminal 12 und dem zweiten Referenzpunkt 60 geschaltet ist. Dabei ist ein erster Anschluss des dritten Messwiderstands RM3 direkt mit dem zweiten Referenzpunkt 60 verbunden und einen zweiten Anschluss des dritten Messwiderstands RM3 über einen dritten zusätzlichen Widerstand R3 mit dem negativen Terminal 11 verbunden. Ein erster Anschluss des vierten Messwiderstands RM4 ist dabei direkt mit dem zweiten Referenzpunkt 60 verbunden, während ein zweiter Anschluss des vierten Messwiderstands RM4 über einen vierten zusätzlichen Widerstand R4 mit dem positiven Terminal 12 verbunden ist.
Das Batteriesystem 100 umfasst ferner eine erste Messeinheit 32 zum Erfassen einer am ersten Messwiderstand RM1 abfallenden ersten Messspannung UM1, eine zweite Messeinheit 34 zum Erfassen einer am zweiten Messwiderstand RM2 abfallenden zweiten Messspannung UM2, eine dritte Messeinheit 36 zum Erfassen einer am dritten Messwiderstand RM3 abfallenden dritten Messspannung UM3 und eine vierte Messeinheit 38 zum Erfassen einer am vierten Messwiderstand RM4 abfallenden vierten Messspannung UM4. Dabei sind die erste und die zweite Messeinheit 32, 34 mit dem ersten Referenzpunkt 50 elektrisch verbunden und die dritte und die vierte Messeinheit 36, 38 mit dem zweiten Referenzpunkt 60 elektrisch verbunden.
1 ist ferner zu entnehmen, dass der erste Referenzpunkt 50 mit der Niedervolt-Koppelnetz-Masse 52 verbunden und der zweite Referenzpunkt 60 mit dem negativen Pol 21 des Batteriepacks 5 verbunden. Dabei stellt der negative Pol 21 des Batteriepacks 5 eine Hochvolt-Koppelnetz-Masse 62 dar.
Vorliegend in 1 sind die erste, die zweite, die dritte und die vierte Messeinheit 32, 34, 36, 38 als Analog-Digital-Wandler ausgebildet.
Dabei können die erste und die zweite Messeinheit 32, 34 innerhalb des Batteriepacks 5 angeordnet sein. Ebenfalls können die dritte und die vierte Messeinheit 36, 38 innerhalb des Batteriepacks 5 angeordnet sein.
Wenn das Batteriepack 5 mit dem Hochvolt-Koppelnetz 10 verbunden ist, d. h., der erste und der zweite Schalter SP1, SP2 sind geschlossen, werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die ersten und der zweiten Messspannung UM1, UM2 mittels der entsprechenden ersten und zweiten Messeinheit 32, 34 bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters SM1, SM2 erfasst. Danach werden die Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 berechnet.
Es werden zunächst die erste und die zweite Messspannung UM1, UM2 bei einer ersten Kombination einer ersten Schalterstellung CC, welche bedeutet, dass der zweite Messschalter SM2 geschlossen ist und der erste Messschalter SM1 geschlossen ist, und einer zweiten Schalterstellung OC, welche bedeutet, dass der zweite Messschalter SM2 geöffnet ist und der erste Messschalter SM1 geschlossen ist, erfasst. Dabei gelten die nachfolgenden Gleichungen: $R_{i s o P} = R_{m e a s 2} \frac{U_{B} (1 - U_{M 1}^{C C} / U_{M 1}^{O C})}{(U_{M 1}^{C C} - U_{B})}$
und $R_{i s o N} = \frac{R_{m e a s 1} R_{m e a s 2} U_{B} (U_{M 1}^{C C} - U_{M 1}^{O C})}{R_{m e a s 1} U_{B}^{2} + R_{m e a s 1} U_{M 1}^{C C} U_{M 1}^{O C} - R_{m e a s 2} U_{M 1}^{C C} U_{B} - R_{m e a s 1} U_{M 1}^{C C} U_{B} + R_{m e a s 2} U_{M 1}^{O C} U_{B} - R_{m e a s 1} U_{M 1}^{O C} U_{B}}$
Hierbei sind R_isoP und R_isoN Ersatzwiderstände für die Parallelschaltung der Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 am positiven Pol 22 sowie am negativen Pol 21 mit: $\frac{1}{R_{i s o p}} = \frac{1}{R_{B 2}} + \frac{1}{R_{L 2}}$
und $\frac{1}{R_{i s o N}} = \frac{1}{R_{B 1}} + \frac{1}{R_{L 1}}$
Dabei ist R_meas1 die Summe des ersten Messwiderstands RM1 und des ersten zusätzlichen Widerstands R1, R_meas2 die Summe des zweiten Messwiderstands RM2 und des zweiten zusätzlichen Widerstands R2, U_M1 ^CC die erste Messspannung UM1 bei der ersten Schalterstellung CC, U_M1 ^OC die erste Messspannung UM1 bei der zweiten Schalterstellung OC.
Analog ergibt sich für die Messung der Spannungen bei einer zweiten Kombination der ersten Schalterstellung CC und einer dritten Schalterstellung CO, welche bedeutet, dass der zweite Messschalter SM2 geschlossen ist und der erste Messschalter SM1 geöffnet ist: $R_{i s o P} = \frac{R_{m e a s 1} R_{m e a s 2} U_{B} (U_{M 2}^{C C} - U_{M 2}^{C O})}{R_{m e a s 2} U_{B}^{2} + 1 U_{M 2}^{C C} U_{M 2}^{C O} - R_{m e a s 2} U_{M 2}^{C C} U_{B} - R_{m e a s 1} U_{M 2}^{C C} U_{B} - R_{m e a s 2} U_{M 2}^{C O} U_{B} + R_{m e a s 1} U_{M 2}^{C O} U_{B}}$
und $R_{i s o N} = R_{m e a s 1} \frac{U_{B} (1 - U_{M 2}^{C C} / U_{M 2}^{C O})}{(U_{M 2}^{C C} - U_{B})}$
Dabei ist U_M2 ^CC die zweite Messspannung UM2 bei der ersten Schalterstellung CC, U_M2 ^CO die zweite Messspannung UM2 bei der dritten Schalterstellung CO.
Auch für eine dritte Kombination der zweiten Schalterstellung OC und der dritten Schalterstellung CO lässt sich das Gleichungssystem lösen, welches hierbei nicht näher dargestellt wird.
Wenn das Batteriepack 5 von dem Hochvolt-Koppelnetz 10 getrennt ist, d. h., der erste und der zweiter Schalter SP1, SP2 geöffnet sind, werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die jeweiligen Messspannungen UM1, UM2, UM3, UM4 mittels der entsprechenden Messeinheiten 32, 34, 36, 38 bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters SM1, SM2 erfasst. Anschließend werden die Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 berechnet.
Dabei lassen sich die Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 separat bestimmen.
Beispielsweise für die erste Kombination der erste Schalterstellung CC und der zweiter Schalterstellung OC gilt das nachfolgende Gleichungssystem: $R_{B 2} = R_{i s o P}$
$R_{L 2} = R_{m e a s 3} [\frac{U_{M 1}^{O C}}{U_{M 3}^{O C}} - 1]$
$R_{L 1} = R_{m e a s 4} [\frac{U_{M 1}^{O C}}{U_{M 4}^{O C}} - 1]$
$R_{B 1} = \frac{1}{\frac{1}{R_{i s o N}} - \frac{1}{R_{L 2} + R_{m e a s 3}} - \frac{1}{R_{L 1} + R_{m e a s 4}}}$
Dabei ist R_meas3 die Summe des dritten Messwiderstands RM3 und des dritten zusätzlichen Widerstands R3, R_meas4 die Summe des vierten Messwiderstands RM4 und des vierten zusätzlichen Widerstands R4, U_M3 ^OC die dritte Messspannung UM3 bei der zweiten Schalterstellung OC, U_M4 ^OC die vierte Messspannung UM4 bei der zweiten Schalterstellung OC.
Die Ersatzwiderstände R_isoP, R_isoN lassen sich gleich wie oben bei der ersten Kombination der ersten Schalterstellung CC und der zweiten Schalterstellung OC bei den geschlossenen ersten und zweiten Schaltern SP1, SP2 berechnen.
In gleicher Weise können die Gleichungen bei der zweiten Kombination der ersten Schalterstellung CC und der dritten Schalterstellung CO sowie bei der dritten Kombination der zweiten Schalterstellung OC und der dritten Schalterstellung CO abgeleitet werden.
2 stellt schematisch das erfindungsgemäße Batteriesystems 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform dar. Das in 2 dargestellte Batteriesystem 100 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Batteriesystems 100 dadurch, dass das Batteriepack 5 in 2 mittels eines DC/DC-Wandler 70 mit dem Hochvolt-Koppelnetz 10 elektrisch verbunden ist, welches mit einer Ladesäule 80, die vorliegend in 2 als ein Batteriezelle 2 dargestellt ist, zum Laden des Batteriepacks 5 verbunden ist. Dabei weist die Ladesäule 80 eine Ladespannung UL auf, die kleiner als der Packspannung UB des Batteriepacks 5 ist. Beispielsweise ist die Ladespannung UL gleich 400 V, während die Packspannung UB gleich 800 V ist.
Unter der Annahme, dass die Messwiderstände RM1, RM2, RM3, RM4 näherungsweise gleichgroß sind beziehungsweise dass die zusätzliche Widerstände R1, R2, R3, R4 näherungsweise gleichgroß sind, kann eine Summe der Leitfähigkeiten der Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 bestimmt werden.
Es gilt dabei: $G_{t o t a l} = G_{m e a s} [\frac{U_{B}}{U_{B} - U_{M 1}^{O C} - U_{M 2}^{C O}} - 1]$
Dabei ist G_meas die elektrische Leitfähigkeit der jeweiligen Messketten, als der Kehrwert von dem elektrischen Widerstand R_meas der entsprechenden Messketten. R_meas ist weiter wie oben bereits für die vier verschiedenen Messketten mittels der jeweiligen Messwiderstände RM1, RM2, RM3, RM4 definiert.
Hierbei wird die Definition $G_{t o t a l} = G_{B 1} + G_{L 1} + G_{B 2} + G_{L 2}$
verwendet mit $G_{B 1} = \frac{1}{R_{B 1}}, G_{L 1} = \frac{1}{R_{L 1}}, G_{B 2} = \frac{1}{R_{B 2}}, G_{L 2} = \frac{1}{R_{L 2}}$
und $G_{m e a s} = \frac{1}{R_{m e a s}} = \frac{1}{R_{1} + R_{M 1}} = \frac{1}{R_{2} + R_{M 2}} = \frac{1}{R_{3} + R_{M 3}} = \frac{1}{R_{4} + R_{M 4}}$
Sollte einer der Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 abfallen, kann dies in einem Anstieg von der Summer G_total der Leitfähigkeiten der Pack- und Linkisolationswiderstände RB1, RB2, RL1, RL2 festgestellt werden. Eine Lokalisierung des Fehlers, d. h. die separate Messung der einzelnen Isolationswiderstände, ist für erst im Nachgang möglich. Beispielsweise können die Isolationswiderstände über das oben aufgeführte Gleichungssystem berechnet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013012151 A1 [0004]
DE 102012215619 A1 [0005]
DE 102018211625 A1 [0006]

Claims

Batteriesystem (100), umfassend - ein Batteriepack (5), welches einen positiven Pol (22), einen negativen Pol (21), mindestens eine Batteriezelle (2) und einen Packspannungsteiler (20) aufweist, und - mindestens ein mit dem Batteriepack (5) elektrisch verbindbares Hochvolt-Koppelnetz (10), welches ein positives Terminal (12), ein negatives Terminal (11) und einen Linkspannungsteiler (30) aufweist, wobei der Packspannungsteiler (20) umfasst: - einen ersten Messwiderstand (RM1) und einen ersten Messschalter (SM1), die seriell miteinander zwischen dem negativen Pol (21) und einem ersten Referenzpunkt (50) geschaltet sind, und - einen zweiten Messwiderstand (RM2) und einen zweiten Messschalter (SM2), die seriell miteinander zwischen dem positiven Pol (22) und dem ersten Referenzpunkt (50) geschaltet sind, wobei der Linkspannungsteiler (30) umfasst: - einen dritten Messwiderstand (RM3), der zwischen dem negativen Terminal (11) und einem zweiten Referenzpunkt (60) geschaltet ist, und - einen vierten Messwiderstand (RM4), der zwischen dem positiven Terminal (12) und dem zweiten Referenzpunkt (60) geschaltet ist, und wobei das Batteriesystem (100) ferner eine erste Messeinheit (32) zum Erfassen einer am ersten Messwiderstand (RM1) abfallenden ersten Messspannung (UM1), eine zweite Messeinheit (34) zum Erfassen einer am zweiten Messwiderstand (RM2) abfallenden zweiten Messspannung (UM2), eine dritte Messeinheit (36) zum Erfassen einer am dritten Messwiderstand (RM3) abfallenden dritten Messspannung (UM3) und eine vierte Messeinheit (38) zum Erfassen einer am vierten Messwiderstand (RM4) abfallenden vierten Messspannung (UM4) umfasst, wobei die erste und die zweite Messeinheit (32, 34) mit dem ersten Referenzpunkt (50) elektrisch verbunden sind und die dritte und die vierte Messeinheit (36, 38) mit dem zweiten Referenzpunkt (60) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Referenzpunkt (50) mit einer Niedervolt-Koppelnetz-Masse (52) verbunden ist und dass der zweite Referenzpunkt (60) mit dem negativen Pol (21) des Batteriepacks (5) verbunden ist
Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriepack (5) mittels mindestens eines Schalters (SP1, SP2) und/oder eines DC/DC-Wandlers (70) mit dem mindestens einen Hochvolt-Koppelnetz (10) elektrisch verbindbar ist.
Batteriesystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die zweite, die dritte und die vierte Messeinheit (32, 34, 36, 38) als Analog-Digital-Wandler ausgebildet sind.
Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Messeinheit (32, 34) innerhalb des Batteriepacks (5) angeordnet sind.
Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Messeinheit (36, 38) innerhalb des Batteriepacks (5) angeordnet sind.
Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hochvolt-Koppelnetz (10) als ein Traktionsnetz oder ein Ladenetz ausgebildet sind.
Verfahren zur Diagnose eines Batteriesystems (100) nach einem Ansprüche 1 bis 6, umfassend nachfolgende Verfahrensschritte, wenn das Batteriepack (5) von dem mindestens einen Hochvolt-Koppelnetz (10) getrennt ist: - Erfassen der jeweiligen Messspannungen (UM1, UM2, UM3, UM4) mittels der entsprechenden Messeinheiten (32, 34, 36, 38) bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters (SM1, SM2); - Berechnen von Isolationswiderständen (RB1, RB2, RL1, RL2).
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend nachfolgende Verfahrensschritte, wenn das Batteriepack (5) mit dem mindestens Hochvolt-Koppelnetz (10) verbunden ist: - Erfassen der ersten und der zweiten Messspannung (UM1, UM2) mittels der entsprechenden ersten und zweiten Messeinheit (32, 34) bei unterschiedlichen Schalterstellungen des ersten und zweiten Messschalters (SM1, SM2); - Berechnen der Isolationswiderständen (RB1, RB2, RL1, RL2).
Bordnetz, das ein Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst und/oder das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 durchzuführen.
Fahrzeug, umfassend ein Bordnetz nach Anspruch 9.