DE102023206098A1 - Batterieanordnung und verfahren zur herstellung einer batterieanordnung - Google Patents

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Abstract

Eine Batterieanordnung 1 für Wohnmobile umfasst einen Batteriezellblock 2, der eine Vielzahl von Batteriezellen 200 enthält, ein Gehäuse 3 mit einem Grundteil 31 und einer Seitenwand 32, die eine erste 321a und eine zweite kurze Seitenwand 322a und eine erste 321b und eine zweite lange Seitenwand 322b enthält, eine Abdeckplatte 4, die so ausgebildet ist, dass sie mit dem Gehäuse 3 gekoppelt werden kann, um ein Innenvolumen 30 zu definieren, ein Batteriemanagementsystem 5, das eine elektronische Platine 51 enthält, die mit dem Batteriezellblock 2 verbunden ist und eine flache Form und ein Paar von Hauptseiten 511a parallel zu einer Bezugsebene P aufweist, wobei das Gehäuse 3 ein erstes Trennelement 33 aufweist, das in dem Innenvolumen 30 parallel zu den kurzen Seitenwänden 321a, 322a, jeweils proximal zu der ersten kurzen Seitenwand 321a und distal zu der zweiten kurzen Seitenwand 322a angeordnet ist, um das Innenvolumen 30 in ein erstes Teilvolumen 301 auf der Seite der ersten kurzen Seitenwand 321a und ein zweites Teilvolumen 302 auf der Seite der zweiten kurzen Seitenwand 322a zu unterteilen, und wobei die elektronische Platine 51 in dem ersten Teilvolumen 301 angeordnet ist und eine der Hauptseiten 511a der elektronischen Platine 51 der ersten kurzen Seitenwand 321a gegenüberliegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung.
  • Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Batterieanordnung (oder ein Batteriepaket) für Fahrzeuge, beispielsweise Wohnmobile, Wasserfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge.
  • Im Bereich der Fahrzeugbatterieanordnungen besteht die Notwendigkeit, eine lange Batterielaufzeit mit einem Gehäuse von Standardgröße zu gewährleisten. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Fahrzeugbatterien bekannt, die Gehäuse der Standardgröße L5 verwenden und somit auf eine Kapazität von 100 Ah beschränkt sind; diese Batterien begrenzen die Laufzeit des Fahrzeugs und erfordern häufiges Aufladen. Die Organisation des Raums im Batteriegehäuse ist daher von entscheidender Bedeutung, um hohe Kapazitäten zu erreichen und gleichzeitig die Standardgehäusegrößen für Fahrzeuge einzuhalten. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die Batterieanordnung innerhalb bestimmter Sicherheitsgrenzen arbeitet.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung und ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung bereitzustellen, um die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
  • Genauer gesagt, ist es das Ziel dieser Erfindung, eine Batterieanordnung, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung und ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung bereitzustellen, die in der Lage ist, hohe Kapazitäten zu erreichen, zum Beispiel bis zu 150 Ah.
  • Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Batterieanordnung bereitzustellen, die mit jedem Batterieladegerät gekoppelt werden kann.
  • Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Batterieanordnung bereitzustellen, die schnell und effizient aufgeladen werden kann.
  • Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Batterieanordnung bereitzustellen, die einfach zu montieren ist.
  • Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Batterieanordnung vorzuschlagen, die unter allen Wetterbedingungen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, verwendet werden kann.
  • Diese Ziele werden durch die Batterieanordnung, das Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung und das Verfahren zum Laden der Batterieanordnung dieser Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben, vollständig erreicht.
  • Genauer gesagt umfasst die Batterieanordnung einen Batteriezellblock, der eine Vielzahl von Batteriezellen enthält. Jede der mehreren Batteriezellen ist eine wiederaufladbare Batteriezelle. Vorzugsweise ist jede der mehreren Batteriezellen eine Zelle auf Lithiumbasis, beispielsweise LiFePO4. Der Batteriezellblock umfasst einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss.
  • Die Batterieanordnung besteht aus einem kastenförmigen Gehäuse. Das Gehäuse hat ein Grundteil und eine Seitenwand. Die Seitenwand umfasst eine erste und eine zweite kurze Seitenwand. Die Seitenwand umfasst eine erste und eine zweite lange Seitenwand.
  • Die Batterieanordnung umfasst eine Abdeckplatte, die so ausgebildet ist, dass sie mit dem Gehäuse gekoppelt werden kann, um ein Innenvolumen zu definieren, das durch das Grundteil und die Seitenwand des Gehäuses und durch die Abdeckplatte begrenzt wird. Die Batterieanordnung umfasst ein Batteriemanagementsystem, das eine elektronische Platine enthält.
  • Das Batteriemanagementsystem oder die elektronische Platine ist mit dem Batteriezellblock verbunden (das heißt mit dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss des Batteriezellblocks).
  • Vorzugsweise hat die elektronische Platine eine flache Form, die sich entlang einer Bezugsebene erstreckt, und ein Paar Hauptseiten, die parallel zur Bezugsebene verlaufen. Die beiden Hauptseiten der elektronischen Platine bilden somit ein Paar von Flächen der elektronischen Platine.
  • In einem Beispiel umfasst das Gehäuse ein erstes Trennelement, das in dem Innenvolumen angeordnet ist. Vorzugsweise ist das erste Trennelement parallel zu den kurzen Seitenwänden angeordnet. Vorzugsweise befindet sich das erste Trennelement proximal (das heißt nahe oder relativ nahe) an der ersten kurzen Seitenwand und distal (das heißt entfernt oder relativ entfernt) an der zweiten kurzen Seitenwand (das heißt das erste Trennelement befindet sich näher an der ersten kurzen Seitenwand als an der zweiten kurzen Seitenwand). Somit unterteilt das erste Trennelement das Innenvolumen in ein erstes Teilvolumen auf der Seite der ersten kurzen Seitenwand (das heißt angrenzend an die erste kurze Seitenwand) und ein zweites Teilvolumen auf der Seite der zweiten kurzen Seitenwand (das heißt angrenzend an die zweite kurze Seitenwand). Auf diese Weise wird das Innenvolumen in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen unterteilt, wobei das erste Teilvolumen kleiner ist als das zweite Teilvolumen.
  • Vorzugsweise ist die elektronische Platine im ersten Teilvolumen angeordnet, wobei eine der beiden Hauptseiten der elektronischen Platine der ersten kurzen Seitenwand zugewandt ist (das heißt mit der Bezugsebene rechtwinklig zum Grundteil des Gehäuses). Alternativ kann die elektronische Platine im zweiten Teilvolumen angeordnet sein, wobei eine der beiden Hauptseiten der Abdeckplatte zugewandt ist (das heißt mit der Bezugsebene parallel zum Grundteil des Gehäuses).
  • In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine Vielzahl von zweiten Trennelementen. Die zweiten Trennelemente der Vielzahl sind so ausgebildet, dass sie das zweite Teilvolumen in eine Vielzahl von Fächern unterteilen. Vorzugsweise sind die Batteriezellen der Vielzahl von Batteriezellen in einer Vielzahl von Batteriezellgruppen angeordnet und jede Batteriezellgruppe ist in einem entsprechenden Fach der Vielzahl von Fächern angeordnet.
  • Die Funktion des ersten Trennelements besteht also darin, das Innenvolumen in das erste Teilvolumen, das die elektronische Platine aufnimmt, wobei eine der beiden Hauptseiten der ersten kurzen Seitenwand zugewandt ist, und das zweite Teilvolumen, das die Vielzahl von Batteriezellen aufnimmt, zu unterteilen. Vorteilhafterweise unterteilen die zweiten Trennelemente das zweite Teilvolumen so, dass die Vielzahl von Batteriezellen in den Fächern gruppenweise angeordnet werden kann. Diese Unterteilung ist besonders vorteilhaft: So ist es beispielsweise möglich, mit demselben 150 Ah Batteriepaket 120 Ah zu erzielen, indem einfach ein oder mehrere Fächer des zweiten Teilvolumens frei gelassen werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Abdeckplatte einen Vorsprung, der in das Innenvolumen hineinragt. Beispielsweise kann die Abdeckplatte ein Paar Griffe umfassen, und jeder Griff kann einen Vorsprung aufweisen, der sich in das Innenvolumen erstreckt. Die Vielzahl der zweiten Trennelemente kann ein kurzes Trennelement umfassen, das im zweiten Teilvolumen parallel zu den kurzen Seitenwänden angeordnet ist. Das kurze Trennelement ist vorzugsweise vertikal mit dem Vorsprung ausgerichtet und so ausgebildet, dass es einen leeren Raum in dem zweiten Teilvolumen zur Aufnahme des Vorsprungs schafft.
  • Jede der Vielzahl von Batteriezellen kann eine Pouch-Zelle, eine zylindrische Zelle oder, vorzugsweise, eine prismatische Zelle sein.
  • In einem Beispiel umfasst die Vielzahl der zweiten Trennelemente ein langes Trennelement, das parallel zu den ersten und zweiten langen Seitenwänden angeordnet ist. Vorzugsweise ist das lange Trennelement in gleichem Abstand von der ersten langen Seitenwand und der zweiten langen Seitenwand angeordnet. Alternativ kann das lange Trennelement auch proximal zur ersten langen Seitenwand (oder zur zweiten langen Seitenwand) und distal zur zweiten langen Seitenwand (oder zur ersten langen Seitenwand) angeordnet sein. In dem Beispiel, in dem jede Batteriezelle eine prismatische Batteriezelle ist, hat jede Zelle eine rechteckige Oberseite, die in einer Ebene parallel zum Grundteil des Gehäuses liegt, und die Oberseite hat eine erste Kante und eine zweite Kante. Mindestens eines der Vielzahl von Fächern hat eine erste Länge, die parallel zu den kurzen Seitenwänden definiert ist, und eine zweite Länge, die parallel zu den langen Seitenwänden definiert ist. Die erste Länge kann ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der ersten Kante sein. Die zweite Länge kann ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der zweiten Kante sein. In einem anderen Beispiel kann die erste Länge ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der zweiten Kante sein, und die zweite Länge kann ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der ersten Kante sein.
  • In dem Beispiel, in dem jede Batteriezelle eine zylindrische Batteriezelle ist, hat jede Zelle eine kreisförmige Oberseite, die in einer Ebene parallel zum Grundteil des Gehäuses liegt, wobei die Oberseite einen Durchmesser hat. Mindestens eines der Vielzahl von Fächer hat eine erste Länge, die parallel zu den kurzen Seitenwänden verläuft, und eine zweite Länge, die parallel zu den langen Seitenwänden verläuft. Die erste Länge von mindestens eines der Vielzahl von Fächer kann ein ganzzahliges Vielfaches der Länge des Durchmessers sein. Die zweite Länge von mindestens eines der Vielzahl von Fächern kann ein ganzzahliges Vielfaches der Länge des Durchmessers sein. In einer Ausführungsform wird das Gehäuse zusammen mit der Vielzahl der zweiten Trennelemente und/oder mit dem ersten Trennelement in einem Stück hergestellt.
  • In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite lange Seitenwand 375 mm lang, und die erste und die zweite kurze Seitenwand sind 175 mm lang, und die lange Seitenwand und die kurze Seitenwand sind jeweils 190 mm hoch, wobei die Höhe entlang einer Ebene parallel zum Grundteil des Gehäuses definiert ist. Vorzugsweise hat jede der Vielzahl von Batteriezellen eine Höhe, die entlang einer Ebene parallel zum Grundteil des Gehäuses definiert ist, und die Höhe jeder Batteriezelle ist im Wesentlichen gleich der Höhe jeder langen Seitenwand und jeder kurzen Seitenwand des Gehäuses.
  • In einem Beispiel umfasst die Batterieanordnung einen Gleichspannungswandler. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem mit dem Gleichspannungswandler verbunden, um den Gleichspannungswandler zu steuern. Genauer gesagt, kann die elektronische Platine einen Gleichspannungswandler umfassen. Vorzugsweise ist der Gleichspannungswandler (oder das Batteriemanagementsystem durch den Gleichspannungswandler) so ausgebildet, dass er einen Lademodus der Batterieanordnung steuert. Im Lademodus kann der Batteriezellblock mit einem Batterieladegerät gekoppelt werden, um einen Ladestrom oder eine Ladespannung zu erhalten, mit der der Batteriezellblock geladen wird.
  • In einem Beispiel ist der Gleichspannungswandler so ausgebildet, dass er einen Strom oder eine Spannung, die dem Batteriezellblock (das heißt dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss des Batteriezellblocks) im Lademodus zugeführt wird, anpasst oder einstellt. Auf diese Weise kann der Batteriezellblock mit einem Batterieladegerät geladen werden, das nicht speziell für Lithium-Batteriezellen ausgelegt ist (beispielsweise ein Autobatterie- oder Blei-/Säurebatterieladegerät). In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so programmiert, dass es die Art der Stromquelle (insbesondere von einem Batterieladegerät) erkennt und den Gleichspannungswandler so anschließt, dass er an die erkannte Stromquelle angepasst wird. Beispielsweise ist das Batteriemanagementsystem (oder ein Spannungs- oder Stromsensor des Batteriemanagementsystems) so ausgebildet, dass es einen Eingangsspannungs- oder -stromwert erkennt, der dem Batteriezellblock zugeführt wird, und der Gleichspannungswandler ist auf der Grundlage des vom Batteriemanagementsystem erkannten Eingangsspannungs- oder -stromwertes so ausgebildet, dass er den dem Batteriezellblock zugeführten Eingangsspannungs- oder -stromwert anpasst. In einem Beispiel umfasst der Gleichspannungswandler eine Drosselspule zur Regulierung der Eingangsspannung oder des Eingangsstroms.
  • In einem Beispiel umfasst die Batterieanordnung eine positive Elektrode, die mit dem positiven Batterieanschluss verbunden ist, und eine negative Elektrode, die mit dem negativen Batterieanschluss verbunden ist. Die positive Elektrode und die negative Elektrode sind außerhalb des Innenvolumens zugänglich.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung ein Bypass-System. Das Bypass-System ist ausgebildet, um einen Strom abzuleiten. Das Bypass-System kann zum Beispiel einen Bypass-Schalter, vorzugsweise einen MOSFET-Schalter, umfassen. Das Bypass-System kann sowohl in einer offenen als auch in einer geschlossenen Konfiguration betrieben werden. In der geschlossenen Konfiguration verbindet das Bypass-System beispielsweise die positive Elektrode mit dem positiven Anschluss und umgeht den Gleichspannungswandler. In der offenen Konfiguration verbindet das Bypass-System die positive Elektrode über den Gleichspannungswandler mit dem positiven Anschluss.
  • Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem so ausgebildet, dass es das Bypass-System von der geschlossenen Konfiguration in die offene Konfiguration und umgekehrt umschaltet, beispielsweise auf der Grundlage einer vorbestimmten Bedingung und in Reaktion auf einen erfassten Parameter im Vergleich zu einem Referenzwert. Der erfasste Parameter kann eine Temperatur, ein Strom oder eine Spannung sein. Vorzugsweise ist das Bypass-System oder der Bypass-Schalter parallel zu dem Gleichspannungswandler geschaltet.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung oder das Bypass-System oder vorzugsweise der Gleichspannungswandler einen Schalter, der so ausgebildet ist, dass er den Gleichspannungswandler elektrisch mit der positiven Elektrode verbindet bzw. von ihr trennt, wenn sich das Bypass-System in der offenen Konfiguration befindet. Der Schalter kann in einer geschlossenen Konfiguration betrieben werden, in der er den positiven Anschluss über den Gleichspannungswandler elektrisch mit der positiven Elektrode verbindet. Der Schalter kann in einer offenen Konfiguration betrieben werden, in der er die positive Klemme elektrisch vom Gleichspannungswandler und von der positiven Elektrode trennt. Zu diesem Zweck kann der Schalter in Reihe mit dem Gleichspannungswandler geschaltet werden. In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so ausgebildet, dass es den Schalter beispielsweise auf der Grundlage eines Ansteuersignals zwischen der geschlossenen und der offenen Konfiguration umschaltet. Das Ansteuersignal kann von einem Benutzer erzeugt werden, der mit einer Softwareanwendung interagiert (beispielsweise mit einem digitalen Schalter), oder von einem Benutzer, der mit einem Schalter interagiert, der von außerhalb des Batteriepakets zugänglich ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriemanagementsystem (das heißt die elektrische Platine) eine Ausgleichsschaltung. Die Ausgleichsschaltung kann vom aktiven Typ oder vorzugsweise vom passiven Typ sein. Die Ausgleichsschaltung ist so ausgebildet, dass sie die Ladung der Vielzahl von Batteriezellen ausgleicht. In einem Beispiel ist der Gleichspannungswandler ausgebildet, um einen Ladestrom während eines Wartungsmodus für den Ladungsausgleich der Vielzahl von Batteriezellen zu erzwingen. Auf diese Weise ist es möglich, den Batteriezellblock schnell vollständig zu laden.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst die elektronische Platine elektrische Hochleistungsverbinder. Die elektrischen Hochleistungsverbinder umfassen einen positiven Verbinder, der mit dem positiven Anschluss verbunden ist, und einen negativen Verbinder, der mit dem negativen Anschluss des Batteriezellblocks verbunden ist. Vorzugsweise befindet sich der positive Verbinder an einer ersten Kante einer Hauptseite der elektronischen Platine und der negative Verbinder an einer zweiten Kante derselben Hauptseite der elektronischen Platine, wobei die zweite Kante der ersten Kante gegenüber liegt. Durch die Positionierung der Leistungsanschlüsse an gegenüberliegenden Kanten der elektronischen Platine ist es möglich, sowohl die Leistungsanschlüsse als auch die Signalanschlüsse auf derselben elektronischen Platine unterzubringen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die elektronische Platine eine Vielzahl von Nebenschlusswiderständen, die zur Erfassung eines Stroms ausgebildet sind. Die Nebenschlusswiderstände können parallel zueinander entlang einer Hauptseite der elektronischen Platine angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Wärme, die durch den sie durchfließenden Strom erzeugt wird, besser abgeleitet werden. Jeder der mehreren Nebenschlusswiderstände hat einen niedrigen Widerstandswert (beispielsweise zwischen 10 mOhm und 1 mOhm, vorzugsweise 5 mOhm) und einen hohen unterstützten Leistungswert (beispielsweise zwischen 5 W und 1 W, vorzugsweise 3 Wj. Vorzugsweise befinden sich die Nebenschlusswiderstände in der Nähe des negativen Anschlusses.
  • In einer Ausführungsform umfasst die elektronische Platine eine Vielzahl von Aluminiumplatten (die mit der elektronischen Platine verbunden sind), die für die Wärmeableitung ausgebildet sind. Vorzugsweise umfasst die Vielzahl von Aluminiumplatten eine erste Aluminiumplatte, die sich in der Nähe des positiven Anschlusses befindet. Die Vielzahl der Aluminiumplatten kann eine zweite Aluminiumplatte umfassen, die sich in der Nähe des negativen Anschlusses befindet.
  • In einer Ausführungsform umfasst die elektronische Platine eine Vielzahl von MOSFETs. Vorzugsweise bildet die Vielzahl von MOSFETs das Bypass-System. Beispielsweise befindet sich die Vielzahl der MOSFETs neben dem positiven Anschluss oder der zweiten Aluminiumplatte, vorzugsweise zwischen dem positiven Anschluss und der zweiten Aluminiumplatte. Vorzugsweise sind die MOSFETs parallel zueinander entlang einer Hauptseite der elektronischen Platine angeordnet. Auf diese Weise wird die Wärme, die durch den sie durchfließenden Strom erzeugt wird, effizienter abgeleitet.
  • Die Batterieanordnung dieser Erfindung stellt eine Vorrichtung dar, die mit anderen Vorrichtungen, wie beispielsweise einer anderen Batterieanordnung, einer Anzeige, einem Batterieladegerät, einem Laderegler und anderen Vorrichtungen, in Verbindung gebracht werden kann.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Batterieanordnung einen Anschluss, der zur Aufnahme eines Verbinders ausgebildet ist. Die Batterieanordnung kann einen zweiten Anschluss umfassen, der zur Aufnahme eines Verbinders ausgebildet ist. Der erste und der zweite Anschluss können in Reihe oder parallel geschaltet sein, so dass ein am ersten Anschluss empfangenes Signal an den zweiten Anschluss übertragen wird und umgekehrt. Der erste und/oder der zweite Anschluss sind so ausgebildet, dass sie die Batterieanordnung mit einer externen Vorrichtung verbinden, beispielsweise über eine Sammelleitung mit einem Verbinder, damit Signale zwischen der Batterieanordnung und der externen Vorrichtung ausgetauscht werden können.
  • Diese Erfindung stellt auch ein System zur Verfügung. In einem Beispiel umfasst das System eine Vielzahl von Vorrichtungen. Vorzugsweise ist eine der Vorrichtungen der Vielzahl von Vorrichtungen eine Batterieanordnung gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung. Jede Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit (beispielsweise kann das Batteriemanagementsystem eine Steuereinheit für die Batterieanordnung definieren). In einem Beispiel ist jede Vorrichtung in einer Master-Konfiguration und in einer Slave-Konfiguration betreibbar. In einem Beispiel umfasst die Vielzahl der Vorrichtungen eine Batterieanordnung und eine Anzeige, und die Batterieanordnung und die Anzeige können in einer Master-Konfiguration und in einer Slave-Konfiguration betrieben werden. Jede Vorrichtung kann einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfassen, wobei der erste und der zweite Anschluss parallel miteinander verbunden sein können, so dass ein am ersten Anschluss empfangenes Signal an den zweiten Anschluss übertragen wird und umgekehrt. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss können jeweils so ausgebildet sein, dass sie einen Verbinder aufnehmen. Die Vielzahl von Vorrichtungen können durch Sammelleitungen miteinander verbunden werden, die mit den Anschlüssen der Vorrichtungen verbunden sind. Die Vielzahl der Vorrichtungen, die vorzugsweise miteinander verbunden sind, bilden ein Netzwerk. Vorzugsweise sind die miteinander verbundenen Vorrichtungen parallel zueinander geschaltet. Die miteinander verbundenen Vorrichtungen können gemäß einem LIN-Kommunikationsprotokoll Signale miteinander austauschen. Mit anderen Worten, die Steuereinheit jeder miteinander verbundenen Vorrichtung verwaltet die Kommunikation zwischen den Anschlüssen der miteinander verbundenen Vorrichtungen gemäß einem LIN-Kommunikationsprotokoll. Jedes der Vielzahl von Vorrichtungen umfasst eine Adresse, um die Vorrichtung eindeutig zu identifizieren, wenn sie mit einem anderen der Vielzahl von Vorrichtungen verbunden ist. Vorzugsweise wird die Adresse der Vorrichtung während der Herstellung der Vorrichtung zugeordnet. Beispielsweise kann die Vielzahl von Vorrichtungen ein Paar des gleichen Vorrichtungstyps umfassen (beispielsweise eine erste Batterieanordnung und eine zweite Batterieanordnung); in diesem Fall umfasst die erste Vorrichtung des Paares (oder die erste Batterieanordnung) eine erste Unteradresse und die zweite Vorrichtung des Paares (oder die zweite Batterieanordnung) eine zweite Unteradresse. Wenn mehrere Vorrichtungen miteinander verbunden sind, ist jede Steuereinheit vorzugsweise so ausgebildet, dass sie jeder Vorrichtung eine Unteradresse zuordnet.
  • Vorzugsweise hat jeder Anschluss eine Vielzahl von Kontaktstiften. Vorzugsweise hat jede Sammelleitung eine Vielzahl von Leitern.
  • Die Vielzahl von Kontaktstiften und die Vielzahl von Leitern können einen ersten Kanal für den Austausch von Signalen zwischen den Vorrichtungen bilden. Die Vielzahl von Kontaktstiften und die Vielzahl von Leitern können einen zweiten Kanal definieren. In einem Beispiel ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass sie für jede Vorrichtung Befehle über den zweiten Kanal empfängt und sendet, insbesondere um die Vorrichtung in die Master-Konfiguration oder in die Slave-Konfiguration zu versetzen. Mit anderen Worten: Die Vielzahl von Vorrichtungen definiert eine Vorrichtung in einer Master-Konfiguration und eine Gruppe von Vorrichtungen in einer Slave-Konfiguration. Das System definiert somit ein Master-Slave-Netzwerk, das heißt das Netzwerk umfasst eine Master-Vorrichtung und eine Vielzahl von Slave-Vorrichtungen, wobei die Master-Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Vielzahl von Slave-Vorrichtungen abfragt, um Signale oder Daten zu empfangen. Jede Slave-Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie auf der Grundlage einer Anforderung (oder Abfrage) der Master-Vorrichtung Signale oder Daten an die Master-Vorrichtung sendet.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist das System so ausgebildet, dass es die Master-Vorrichtung und die Vielzahl von Slave-Vorrichtungen aus der Vielzahl von Vorrichtungen bestimmt. Vorzugsweise ist die Vielzahl der Vorrichtungen so ausgebildet, dass sie miteinander verbunden sind, und das System definiert die Master-Vorrichtung und die Vielzahl der Slave-Vorrichtungen aus der Vielzahl der miteinander verbundenen Vorrichtungen (das heißt in dem Moment, in dem die Vielzahl der Vorrichtungen verbunden wird).
  • Genauer gesagt, umfasst die Vielzahl von Kontaktstiften einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kontaktstift, und die Vielzahl von Leitern umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Leiter. Vorzugsweise definieren der erste und der zweite Kontaktstift sowie der erste und der zweite Leiter den ersten Kanal, und der dritte Kontaktstift und der dritte Leiter definieren den zweiten Kanal. Jeder der Vielzahl von Kontaktstiften kann zwischen einer High-Konfiguration, in der ein Zustand des entsprechenden Kontaktstifts High (oder 12 V) ist, und einer Low-Konfiguration, in der der Zustand des entsprechenden Kontaktstifts Low (oder 0 V) ist, umgeschaltet werden. Für jede Vorrichtung ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass sie einen Kontaktstift der Vielzahl von einer High-Konfiguration in eine Low-Konfiguration umschaltet und umgekehrt. Genauer gesagt, wenn eine der Vielzahl von Vorrichtungen eingeschaltet wird oder wenn die Vielzahl von Vorrichtungen miteinander verbunden sind, ist die Steuereinheit (für jede der miteinander verbundenen Vorrichtungen) so programmiert, dass sie einen Kontaktstift, vorzugsweise den dritten Kontaktstift der jeweiligen Vorrichtung, auf die Low-Konfiguration setzt. Die Steuereinheit ist so ausgebildet, dass sie den dritten Kontaktstift von der Low-Konfiguration in die High-Konfiguration umschaltet, und zwar auf der Grundlage (das heißt am Ende) einer Standby-Zeit, wobei die Standby-Zeit für jede Vorrichtung charakteristisch ist und ab dem Zeitpunkt gemessen wird, an dem der dritte Kontaktstift in die Low-Konfiguration versetzt wird. Mit anderen Worten, die Steuereinheit ist so ausgebildet, dass sie den dritten Kontaktstift für eine Zeitspanne, die der für die jeweilige Vorrichtung charakteristischen Standby-Zeit entspricht, auf die Low-Konfiguration setzt (das heißt erzwingt) und vorzugsweise den dritten Kontaktstift nach Ablauf dieser Zeit von der Low-Konfiguration in die High-Konfiguration umschaltet. Jede Steuereinheit ist so ausgebildet, dass sie den Zustand des dritten Kontaktstifts jeder der Vielzahl von Vorrichtungen ausliest und (ihre eigene oder die entsprechende) Vorrichtung auf der Grundlage des ausgelesenen Zustands in die Master-Konfiguration oder die Slave-Konfiguration setzt. Genauer gesagt kann die Steuereinheit für jede Vorrichtung die Master-Konfiguration auf der Grundlage eines High-Zustands jeder der Vielzahl von Vorrichtungen einstellen. Für jede Vorrichtung kann die Steuereinheit die Vorrichtung auf der Grundlage eines Low-Zustands von mindestens einer der Vielzahl von Vorrichtungen auf die Slave-Konfiguration einstellen.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst eine der Vielzahl von Vorrichtungen (beispielsweise die Batterieanordnung) einen Bluetooth-Sendeempfänger, der so ausgebildet ist, dass er Funksignale zwischen der Vorrichtung (oder der Batterieanordnung) und einer mobilen Vorrichtung, auf dem eine Softwareanwendung installiert ist, austauscht. Die Softwareanwendung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie Daten von der Vorrichtung (oder von der Batterieanordnung) empfängt und sie anzeigt, wobei sich die Daten auf die Vorrichtungen der Vielzahl von Vorrichtungen beziehen und die Vorrichtungen miteinander verbunden sein können.
  • Die Vorrichtung, die auf die Master-Konfiguration eingestellt ist, kann so ausgebildet sein, dass sie Daten bezüglich der Vielzahl von Vorrichtungen (die vorzugsweise auf die Slave-Konfiguration eingestellt sind) von der Softwareanwendung empfängt und an diese sendet, vorzugsweise über den Bluetooth-Sendeempfänger. In einer Ausführungsform kann die auf die Slave-Konfiguration eingestellte Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie Daten in Bezug auf die Vielzahl von Vorrichtungen empfängt und sendet, vorzugsweise über den Bluetooth-Sendeempfänger.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung bereit, wobei die Batterieanordnung vorzugsweise gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Das Verfahren umfasst einen Schritt des Zusammenbaus eines Batteriezellblocks, wobei der Batteriezellblock einen oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • Das Verfahren umfasst einen Schritt der Bereitstellung eines Gehäuses, wobei das Gehäuse gemäß eines oder mehrerer Aspekte dieser Erfindung hergestellt wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Bereitstellung einer Abdeckplatte, wobei die Abdeckplatte gemäß eines oder mehrerer Aspekte dieser Erfindung hergestellt wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Versehens des Gehäuses mit einem ersten Trennelement, wobei das erste Trennelement gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, bei dem eine elektronische Platine bereitgestellt wird, die eine flache Form hat, die sich entlang einer Bezugsebene erstreckt, und ein Paar Hauptseiten parallel zur Bezugsebene aufweist, und die elektronische Platine in dem ersten Teilvolumen angeordnet wird, wobei eine der Hauptseiten der elektronischen Platine der ersten kurzen Seitenwand gegenüberliegt.
  • In einem Beispiel umfasst das Verfahren einen Schritt der Bereitstellung einer Vielzahl von zweiten Trennelementen. Die zweiten Trennelemente können so ausgebildet sein, dass sie das zweite Teilvolumen in eine Vielzahl von Fächern unterteilen. Das Verfahren kann einen Schritt des Anordnens der Batteriezellen aus der Vielzahl der Batteriezellen in einer Vielzahl von Batteriezellgruppen umfassen. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, bei dem jede Batteriezellgruppe in einem entsprechenden Fach angeordnet wird.
  • Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren einen Schritt der Herstellung des Gehäuses als ein Stück zusammen mit der Vielzahl der zweiten Trennelemente.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Gleichspannungswandlers umfassen, wobei der Gleichspannungswandler gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen Schritt des Anordnens des Gleichspannungswandlers in dem ersten Teilvolumen. Das Verfahren kann einen Schritt des Verbindens einer positiven Elektrode mit dem positiven Batterieanschluss und einer negativen Elektrode mit dem negativen Batterieanschluss umfassen, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode von außerhalb des Innenvolumens zugänglich sind.
  • In einem Beispiel umfasst das Verfahren einen Schritt der Bereitstellung eines Bypass-Systems gemäß eines oder mehrerer Aspekte dieser Erfindung. Vorzugsweise wird das Bypass-System durch ein Batteriemanagementsystem gesteuert, um es zwischen einer offenen Konfiguration, in der das Bypass-System die positive Elektrode über den Gleichspannungswandler mit dem positiven Batterieanschluss verbindet, und einer geschlossenen Konfiguration, in der das Bypass-System die positive Elektrode mit dem positiven Batterieanschluss verbindet und den Gleichspannungswandler umgeht, umzuschalten.
  • Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst die Batterieanordnung einen Batteriezellblock gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung. Die Batterieanordnung umfasst ein Gehäuse und eine Abdeckplatte, die auf das Gehäuse aufgebracht werden kann, um ein Innenvolumen zu definieren, in dem der Batteriezellblock angeordnet ist. Die Batterieanordnung umfasst ein Batteriemanagementsystem, das eine mit dem Batteriezellblock verbundene elektronische Platine und einen mit dem Batteriemanagementsystem verbundenen Gleichspannungswandler umfasst.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung ein Temperatursensorsystem. Das Temperatursensorsystem kann einen Platinensensor umfassen. Der Platinensensor ist vorzugsweise mit der elektronischen Platine gekoppelt, um einen Temperaturwert der Platine zu erfassen. Das Temperatursensorsystem kann auch einen Batteriezellensensor umfassen. Der Batteriezellensensor ist vorzugsweise mit dem Batteriezellblock gekoppelt, um einen Temperaturwert der Batteriezellen zu erfassen. Der Batteriezellensensor kann einen ersten Batteriezellensensor umfassen, der sich auf einem der mehreren Sensoren befindet.
  • Das Batteriemanagementsystem ist mit dem Temperatursensorsystem verbunden. Das Batteriemanagementsystem kann den Temperaturwert der Platine und/oder den Temperaturwert der Batteriezellen empfangen. Das Batteriemanagementsystem kann so ausgebildet sein, dass es das Laden des Batteriezellblocks steuert. Das System kann so ausgebildet sein, dass es den Gleichspannungswandler auf der Grundlage des Platinentemperaturwerts oder des Batteriezellentemperaturwerts oder beider Werte steuert. Das Batteriemanagementsystem kann so ausgebildet sein, dass es die Entladung des Batteriezellblocks steuert.
  • In einer Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler so ausgebildet, dass er einen Eingangsladestrom begrenzt, der dem Batteriezellblock zugeführt wird. Beispielsweise begrenzt der Wandler den Eingangsladestrom auf der Grundlage eines vom Batteriemanagementsystem verarbeiteten Ansteuersignals. Das Ansteuersignal kann auf der Grundlage des Platinentemperaturwerts oder des Batteriezellentemperaturwerts oder beider Werte verarbeitet werden. Genauer gesagt kann das Batteriemanagementsystem so ausgebildet sein, dass es den Platinen- und/oder Batteriezellentemperaturwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert der Platinen- und/oder Batteriezellentemperatur vergleicht, um auf der Grundlage des Vergleichs ein Ansteuersignal zu verarbeiten. In einem Beispiel kann der Schwellenwert der Batteriezellentemperatur zwischen 40°C und 50°C liegen; vorzugsweise beträgt der Temperaturschwellenwert 45°C. Der Gleichspannungswandler ist zum Beispiel so ausgebildet, dass er den Ladestrom auf einen Wert zwischen 2A und 0,5A, vorzugsweise 1A, begrenzt.
  • In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so programmiert, dass es das Temperatursensorsystem überwacht und ein Alarmsignal erzeugt, beispielsweise als Reaktion auf einen Zustand, der auf den vom Temperatursensorsystem erfassten Signalen beruht.
  • In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so ausgebildet, dass es das Alarmsignal auf der Grundlage des Schwellenwerts der Batteriezellentemperatur verarbeitet und das Alarmsignal an eine Anwendungssoftware sendet, die von einem Benutzer verwendet werden kann, um eine Alarmmeldung anzuzeigen. Zusätzlich oder alternativ verarbeitet das Batteriemanagementsystem ein Alarmsignal auf der Grundlage des Schwellenwerts der Batteriezellentemperatur und sendet das Alarmsignal an eine LED-Anzeige, um ein Lichtsignal zu emittieren, wobei die LED-Anzeige am Gehäuse der Batterieanordnung angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ verarbeitet das Batteriemanagementsystem ein Alarmsignal auf der Grundlage des Schwellenwerts der Batteriezellentemperatur und sendet das Alarmsignal an eine Anzeige, um eine Alarmmeldung anzuzeigen, wobei sich die Anzeige an einer kurzen Seitenwand oder einer langen Seitenwand des Batteriegehäuses befindet.
  • In einem Beispiel ist der Schwellenwert für die Batteriezellentemperatur größer als 60°C. In einem Beispiel liegt der Schwellenwert für die Batteriezellentemperatur unter -20°C.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung ein Heizsystem. Das Heizsystem umfasst eine Gruppe von Heizelementen. Die Gruppe von Heizelementen ist mit dem Batteriezellblock gekoppelt, um den Batteriezellblock zu heizen. Das Batteriemanagementsystem kann mit dem Heizsystem verbunden sein, um das Heizsystem beispielsweise auf der Grundlage des Schwellenwerts der Batteriezellentemperatur zu steuern.
  • In einem Beispiel umfasst die Gruppe von Heizelementen ein erstes Heizelement, das zwischen der ersten langen Seitenwand des Gehäuses und dem Batteriezellblock angeordnet ist. In einem Beispiel umfasst die Gruppe von Heizelementen ein zweites Heizelement, das zwischen der zweiten langen Seitenwand des Gehäuses und dem Batteriezellblock angeordnet ist. In einem Beispiel umfasst die Gruppe von Heizelementen ein drittes Heizelement, das zwischen den Batteriezellen der Vielzahl von Batteriezellen angeordnet ist. Genauer gesagt ist das dritte Heizelement an einem zweiten Trennelement angeordnet, zum Beispiel an dem langen Trennelement oder dem kurzen Trennelement. In einem Beispiel umfassen eines oder mehrere der Heizelemente (oder alle) eine oder mehrere Heizfolien oder -bänder (oder werden von diesen gebildet). Diese Heizfolien sind dünn (im Verhältnis zu ihrer Oberfläche) und vorzugsweise flexibel, das heißt verformbar.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Temperatursensorsystem einen Heizelementsensor. Der Heizelementsensor ist mit der Gruppe von Heizelementen gekoppelt, um einen Temperaturwert der Heizelemente der Gruppe von Heizelementen zu erfassen. Der Heizelementsensor umfasst beispielsweise einen ersten Sensor, der sich am ersten Heizelement befindet. Der Heizelementsensor kann einen zweiten Sensor umfassen, der sich am zweiten Heizelement befindet, und/oder einen dritten Sensor, der sich am dritten Heizelement befindet. In einer Ausführungsform steuert das Batteriemanagementsystem die Temperatur der Heizelementgruppe in Abhängigkeit von den Temperaturwerten der Heizelemente. Genauer gesagt steuert das Batteriemanagementsystem die Temperatur (vorzugsweise unabhängig) des ersten Heizelements und/oder des zweiten Heizelements und/oder des dritten Heizelements, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Temperaturwert des jeweiligen Heizelements.
  • In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so ausgebildet, dass es den Wert eines Heizelements (des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Heizelements) mit einem Temperaturschwellenwert für die Heizelemente vergleicht. Das Batteriemanagementsystem ist beispielsweise so programmiert, dass es die Heizelemente so steuert, dass vermieden wird, dass die von den Heizelementsensoren erfasste Temperatur den Temperaturschwellenwert überschreitet (der Temperaturschwellenwert ist beispielsweise auf einen Wert zwischen 55°C und 65°C eingestellt, insbesondere kann er auf 60°C eingestellt werden).
  • In einem Beispiel ist das Batteriemanagementsystem so programmiert, dass es eine Temperaturdifferenz zwischen jedem Temperaturwert der Heizelemente (dem ersten und/oder dem zweiten und/oder dem dritten Heizelement) und dem Batteriezellentemperaturwert ermittelt. Das Batteriemanagementsystem kann so programmiert sein, dass es die Heizelemente so steuert, dass die Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet, der vorzugsweise zwischen 25°C und 35°C liegt, insbesondere kann der Schwellenwert 30°C betragen.
  • Darüber hinaus enthält das Batteriemanagementsystem einen Aktivierungsschwellenwert; das Batteriemanagementsystem ist so programmiert, dass es das Heizen der Zellen beginnt, wenn die erfasste Zellentemperatur unter dem Aktivierungsschwellenwert liegt. Zum Beispiel können die Heizelemente aktiviert werden, wenn die Zellentemperatur unter 0°C liegt.
  • In einer Ausführungsform ist das Batteriemanagementsystem so ausgebildet, dass es die den Heizelementen zugeführte Eingangsleistung durch Modulation der Pulsweite (PWM) anpasst. Genauer gesagt kann das Batteriemanagementsystem die Eingangsleistung für die Heizelemente auf der Grundlage der verfügbaren Leistung von einem Batterieladegerät anpassen. Das Batteriemanagementsystem kann die Eingangsleistung für die Heizelemente (für das erste Heizelement, das zweite Heizelement und das dritte Heizelement) anpassen, indem es die von den Heizelementen (dem ersten Heizelement, dem zweiten Heizelement und dem dritten Heizelement) abgegebene Leistung variiert.
  • In einem Beispiel umfasst das Temperatursensorsystem (der Platinensensor) einen MOSFET-Temperatursensor, der sich in einer Vielzahl von MOSFETs der elektronischen Platine befindet, um den MOSFET-Temperaturwert der Vielzahl von MOSFETs zu erfassen.
  • In einem Beispiel umfasst das Temperatursensorsystem (der Platinensensor) einen Nebenschluss-Temperatursensor, der sich in einer Vielzahl von Nebenschluss-Widerständen der elektronischen Platine befindet, um den Nebenschluss-Temperaturwert der Vielzahl von Nebenschluss-Widerständen zu erfassen.
  • In einem Beispiel umfasst das Temperatursensorsystem (der Platinensensor) einen Gleichspannungs-Temperatursensor, der sich auf dem Gleichspannungswandler der elektronischen Platine befindet, um einen Gleichspannungs-Temperaturwert des Gleichspannungswandlers zu erfassen.
  • In einem Beispiel umfasst das Temperatursensorsystem (der Platinensensor) einen Hauptplatinentemperatursensor, der sich auf einer der beiden Hauptseiten der elektronischen Platine befindet, um einen Schaltungstemperaturwert einer gedruckten Schaltung auf der Hauptseite zu erfassen, wobei die elektronische Platine eine flache Form hat, die sich entlang einer Bezugsebene erstreckt, und die beiden Hauptseiten parallel zu der Bezugsebene sind.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Batterieanordnung einen Schalter, der so ausgebildet ist, dass er den positiven Anschluss in Abhängigkeit von einer oder mehreren der folgenden Bedingungen elektrisch mit der positiven Elektrode verbindet oder von ihr trennt:
    • eine vorbestimmte Bedingung, die auf einen erfassten Batteriezellentemperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Batteriezellentemperaturwert reagiert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten MOSFET-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-MOSFET-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Nebenschluss-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Nebenschluss-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Gleichspannungs-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Gleichspannungs-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Schaltungstemperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Schaltungstemperaturwert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung bereit, wobei die Batterieanordnung gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Genauer gesagt, die Batterieanordnung umfasst einen Batteriezellblock, einschließlich einer Vielzahl von Batteriezellen, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen eine wiederaufladbare Lithiumbatteriezelle ist, und einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss; ein Gehäuse und eine Abdeckplatte, die auf das Gehäuse aufgebracht werden kann, um ein Innenvolumen zu definieren, in dem der Batteriezellblock angeordnet ist; ein Batteriemanagementsystem, einschließlich einer elektronischen Platine, die mit dem Batteriezellblock verbunden ist; einen Gleichspannungswandler, der mit dem Batteriemanagementsystem verbunden ist.
  • Das Verfahren kann einen Erfassungsschritt umfassen, der von einem Platinensensor durchgeführt wird. Der Platinensensor kann mit der elektronischen Platine gekoppelt sein, um einen Platinentemperaturwert zu erfassen. Das Verfahren kann einen Erfassungsschritt umfassen, der von einem Batteriezellensensor durchgeführt wird. Der Batteriezellensensor ist vorzugsweise mit dem Batteriezellblock gekoppelt, um einen Batteriezellentemperaturwert zu erfassen. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, der von dem Batteriemanagementsystem durchgeführt wird, um den Platinentemperaturwert und den Batteriezellentemperaturwert zu empfangen. Das Verfahren kann einen vom Batteriemanagementsystem durchgeführten Schritt zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens des Batteriezellblocks und/oder des Gleichspannungswandlers auf der Grundlage des Platinentemperaturwerts oder des Batteriezellentemperaturwerts oder beider Werte umfassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, der von einem Heizelementsensor durchgeführt wird, wobei der Heizelementsensor mit der Gruppe von Heizelementen gekoppelt ist, um Heizelementtemperaturwerte der Gruppe von Heizelementen zu erfassen. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, der von dem Batteriemanagementsystem durchgeführt wird, um die Heizelementtemperaturwerte zu empfangen. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, der von dem Batteriemanagementsystem durchgeführt wird, um die Temperatur der Gruppe von Heizelementen auf der Grundlage des Temperaturwerts der Batteriezellen und/oder auf der Grundlage der Temperaturwerte der Heizelemente zu steuern, beispielsweise durch Modulieren der Pulsweite einer den Heizelementen zugeführten Eingangsleistung.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zur Steuerung des Bypass-Systems oder des Schalters auf der Grundlage einer oder mehrerer der folgenden Bedingungen:
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Batteriezellentemperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Batteriezellentemperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten MOSFET-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-MOSFET-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Nebenschluss-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Nebenschluss-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Gleichspannungs-Temperaturwert im Vergleich zu einem Referenz-Gleichspannungs-Temperaturwert;
    • eine vorbestimmte Bedingung als Reaktion auf einen erfassten Schaltungstemperaturwert im Vergleich zu einem Referenz Schaltungstemperaturwert.
  • In einem Beispiel umfasst das Verfahren einen Schritt des Übertragens und Empfangens eines Signals zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss jeweils so ausgebildet sind, dass sie einen Verbinder aufnehmen, und wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss parallel miteinander verbunden sind. Das Verfahren kann einen Schritt umfassen, der von dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ausgeführt wird, um die Batterieanordnung über eine Sammelleitung, die den Verbinder umfasst, mit einer externen Vorrichtung zu verbinden. Das Verfahren kann einen Schritt des Austauschs von Signalen zwischen der Batterieanordnung und der externen Vorrichtung umfassen.
  • Diese und andere Merkmale werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen nur beispielhaft dargestellt ist, deutlicher werden:
    • 1 bis 7 zeigen eine Batterieanordnung 1 gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung;
    • 8 zeigt eine elektronische Platine 51 gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung;
    • 9 und 10 zeigen ein System 100 gemäß eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung; und
    • 11 stellt eine Abfolge von Schritten bei der Verwendung eines Systems 100 gemäß eines Anwendungsbeispiels dar.
  • Die Zahl 1 in den Zeichnungen bezeichnet eine Batterieanordnung. Die Batterieanordnung 1 besteht aus einem Gehäuse 3, das kastenförmig ist. Das Gehäuse 3 umfasst ein Grundteil 31 und eine Seitenwand 32. Die Seitenwand 32 umfasst eine erste kurze Seitenwand 321 a, eine zweite kurze Seitenwand 321b, eine erste lange Seitenwand 322a und eine zweite lange Seitenwand 322b. Die Batterieanordnung 1 umfasst eine Abdeckplatte 4, die mit dem Gehäuse 3 gekoppelt ist, um ein Innenvolumen 30 zu definieren, das durch das Grundteil 31 und die Seitenwand 32 (die erste kurze Seitenwand 321 a, die zweite kurze Seitenwand 321 b, die erste lange Seitenwand 322a und die zweite lange Seitenwand 322b) begrenzt wird.
  • Das Gehäuse 3 hat vorzugsweise die Größe eines Standard-L5-Gehäuses. Genauer gesagt haben die erste lange Seitenwand 322a und die zweite lange Seitenwand 322b eine Länge von 375 mm und die erste kurze Seitenwand 321a und die zweite kurze Seitenwand 321b eine Länge von 175 mm. Die langen Seitenwände 322a, 322b und die kurzen Seitenwände 321a, 321b haben jeweils eine Höhe von 190 mm, die entlang der Ebene Q parallel zum Grundteil 31 des Gehäuses 3 definiert ist.
  • Das Gehäuse 3 umfasst ein erstes Trennelement 33, das sich in dem Innenraum 30 befindet und parallel zu der ersten kurzen Seitenwand 321a und der zweiten kurzen Seitenwand 321b angeordnet ist. Genauer gesagt liegt das erste Trennelement 33 näher an der ersten kurzen Seitenwand 321a als an der zweiten kurzen Seitenwand 321b. Auf diese Weise unterteilt das erste Trennelement 33 das Innenvolumen 30 der Batterieanordnung 1 in ein erstes Teilvolumen 301 und ein zweites Teilvolumen 302, wobei das erste Teilvolumen 301 kleiner ist als das zweite Teilvolumen 302.
  • Die Batterieanordnung 1 besteht aus einem Batteriezellblock 2, der mehrere Batteriezellen 200 enthält. Jede Batteriezelle 200 ist eine wiederaufladbare LiFePO4-Batteriezelle, vorzugsweise prismatisch. Jede Batteriezelle 200 hat eine rechteckige Oberseite, die in einer Ebene Q parallel zum Grundteil 31 des Gehäuses 3 liegt, und die Oberseite hat eine erste Kante 200a und eine zweite Kante 200b. Jede Batteriezelle 200 hat außerdem eine Höhe (oder dritte Kante) 200c, die in einer Ebene Q parallel zum Grundteil 31 definiert ist und der Höhe der langen Seitenwände 322a, 322b und der kurzen Seitenwände 321a, 321b entspricht.
  • Das Gehäuse umfasst eine Vielzahl von zweiten Trennelementen 34, darunter ein kurzes zweites Trennelement 341 und ein langes zweites Trennelement 342. Das kurze zweite Trennelement 341 ist in dem zweiten Teilvolumen 302 parallel zu der ersten kurzen Seitenwand 321a und der zweiten kurzen Seitenwand 321b, proximal zu der zweiten kurzen Seitenwand 321b und distal zu der ersten kurzen Seitenwand 321a angeordnet. Konkreter umfasst die Abdeckplatte 4 ein Paar Griffe 41a und 41b. Ein Griff des Paars 41a und 41b umfasst einen Vorsprung 411, der sich in das Innenvolumen 30 erstreckt, und das kurze Trennelement 341 ist vertikal auf den Vorsprung 411 ausgerichtet, um im zweiten Teilvolumen 302 Platz zu lassen und den Vorsprung 411 aufzunehmen. Das lange zweite Trennelement 342 ist in dem zweiten Teilvolumen 302 parallel zu der ersten langen Seitenwand 322a und der zweiten langen Seitenwand 322b und in gleichem Abstand zu der ersten langen Seitenwand 322a und der zweiten langen Seitenwand 322b angeordnet. Somit sind das kurze zweite Trennelement 341 und das lange zweite Trennelement 342 senkrecht zueinander angeordnet und unterteilen das zweite Teilvolumen 302 in eine Vielzahl von Fächern 303 (insbesondere vier Fächer 303). Genauer gesagt sind die Batteriezellen 200 in einer Vielzahl von Batteriezellengruppen 20 (insbesondere vier Batteriezellengruppen 20) angeordnet und jede Batteriezellengruppe 20 ist in einem Fach 303 angeordnet.
  • Genauer gesagt sind die Batteriezellen 200 so angeordnet, dass die Höhe 200c der Batteriezellen 200 senkrecht zur Ebene Q parallel zum Grundteil 31 des Gehäuses 3 liegt.
  • Die Fächer 303 haben eine erste Länge, die parallel zu den kurzen Seitenwänden 321a und 321b verläuft und ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der ersten Kante 200a ist. Die Fächer 303 haben eine zweite Länge, die parallel zu den langen Seitenwänden 322a und 322b verläuft und ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der zweiten Kante 200b ist.
  • Die Batterieanordnung 1 umfasst ein Batteriemanagementsystem 5 zur Steuerung des Lade- und Entladevorgangs des Batteriezellblocks 2. Das Batteriemanagementsystem 5 umfasst eine elektronische Platine 51. Die elektronische Platine 51 hat eine flache Form, die sich entlang einer Bezugsebene P erstreckt, und ein Paar von Hauptseiten 511a, die parallel zur Bezugsebene P verlaufen. Die elektronische Platine 51 ist im ersten Teilvolumen 301 angeordnet, und eine des Paars Hauptseiten 511a ist der ersten kurzen Seitenwand 321a zugewandt. Genauer gesagt definiert das erste Trennelement 33 einen Sitz 311 für die elektronische Platine 51, in den die elektronische Platine 51 teilweise eingesetzt ist. Vorzugsweise sind sowohl das erste Trennelement 33 als auch die Vielzahl der zweiten Trennelemente 34 einteilig mit dem Gehäuse 3 hergestellt.
  • Der Batteriezellblock 2 umfasst einen positiven Anschluss 21 und einen negativen Anschluss 22, die mit einer positiven Elektrode 11 bzw. einer negativen Elektrode 12 der Batterieanordnung verbunden sind, die beide von außerhalb des Innenraums 30 zugänglich sind. Die positive Elektrode 11 und die negative Elektrode 12 können mit einem externen Batterieladegerät verbunden werden, um Ladeenergie zu erhalten.
  • Die Batterieanordnung 1 umfasst ein Temperatursensorsystem 7. Das Temperatursensorsystem 7 besteht aus einem Platinensensor 71 und einem Batteriezellensensor 72. Der Platinensensor 71 befindet sich auf der elektronischen Platine 51, um eine Platinentemperatur zu erfassen. Der Batteriezellensensor 72 befindet sich auf dem Batteriezellblock 2, insbesondere auf einer Oberseite einer der mehreren Batteriezellen 200, um eine Batteriezellentemperatur 72a zu erfassen, die die Temperatur des Batteriezellblocks 2 darstellt.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst einen positiven Verbinder 510a, der mit dem positiven Batterieanschluss 21 verbunden ist, und einen negativen Verbinder 510b, der mit dem negativen Batterieanschluss 22 verbunden ist. Genauer gesagt befinden sich der positive Verbinder 510a und der negative Verbinder 510b an einer ersten Kante 514 bzw. an einer zweiten Kante 513 der Hauptseite 511a.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst eine Vielzahl von Nebenschlusswiderständen 515, die entlang der Hauptseite 511a der Platine 51 angeordnet sind. Jeder Nebenschlusswiderstand 515 hat einen Widerstandswert von 5 mOhm und unterstützt eine Leistung von 3 W. Die Nebenschlusswiderstände 515 befinden sich neben dem negativen Verbinder 510b und sind so ausgebildet, dass sie einen Strom erfassen.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst einen Gleichspannungswandler 6. Die elektronische Platine 51 umfasst eine Vielzahl von MOSFETs 517, die entlang der Hauptseite 511a der Platine 51 angrenzend an den positiven Verbinder 510a angeordnet sind.
  • Die Vielzahl der MOSFETs 517 bildet ein Bypass-System 13. Genauer gesagt ist das Bypass-System 13 parallel zum Gleichspannungswandler 6 geschaltet und kann in einer offenen und in einer geschlossenen Konfiguration betrieben werden. In der geschlossenen Konfiguration des Bypass-Systems 13 verbindet das Bypass-System 13 die positive Elektrode 11 mit dem positiven Batterieanschluss 21 und umgeht den Gleichspannungswandler 6. In der offenen Konfiguration des Bypass-Systems 13 verbindet das Bypass-System 13 die positive Elektrode 11 über den Gleichspannungswandler 6 mit dem positiven Batterieanschluss 21. Der Gleichspannungswandler 6 umfasst einen Schalter 61, der mit dem Gleichspannungswandler 6 in Reihe geschaltet ist und in einer offenen Konfiguration und in einer geschlossenen Konfiguration betrieben werden kann. In der offenen Konfiguration des Bypass-Systems 13 ist das Batteriemanagementsystem 5 so ausgebildet, dass es den Schalter 61 zwischen der geschlossenen Konfiguration, in der er den positiven Anschluss 21 des Batteriezellblocks 2 über den Gleichspannungswandler 6 mit der positiven Elektrode 11 verbindet, und der offenen Konfiguration umschaltet, in der er den positiven Batterieanschluss 21 von der positiven Elektrode 11 trennt, um einen Strom in der Batterieanordnung 1 zu unterbrechen.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst eine Vielzahl von Aluminiumplatten 516, darunter eine erste Aluminiumplatte 516a, die neben der Vielzahl von MOSFETs 517 angeordnet ist, und eine zweite Aluminiumplatte 516b, die neben der Vielzahl von Nebenschlusswiderständen 515 angeordnet ist. Die elektronische Platine 51 umfasst einen Treiber 518 für die mehreren MOSFETs 517, der neben den mehreren MOSFETs 517 angeordnet ist, um diese zu steuern. Die elektronische Platine 51 umfasst einen Schnittstellenverbinder 519 zur Verbindung der elektronischen Platine 51 mit einer externen Schnittstellenplatine, die von einem Benutzer verwendet werden kann. Die elektronische Platine 51 umfasst einen Sammelleitungskommunikationsbereich 520 und eine Vielzahl Hilfsanschlüsse 521.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst ein Heizelementmanagementsystem 522 zur Verwaltung der Temperatur der Heizelemente 80. Die elektronische Platine 51 umfasst ein Strommanagementsystem 523 zur Verwaltung der von den Nebenschlusswiderständen 515 durchgeführten Strommessungen, wobei das Strommanagementsystem neben der Vielzahl der Nebenschlusswiderstände 515 angeordnet ist. Die elektronische Platine 51 umfasst einen Anschlussbereich für einen Stromsensor 523 zur Messung des Stroms aus der Vielzahl der Batteriezellen 200 und aus den Heizelementen 80.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst einen Mikrocontroller 525 zur Steuerung der Komponenten der elektronischen Platine 51. Die elektronische Platine 51 umfasst einen Datenspeicher 526, der über eine SPI-Verbindung mit dem Mikrocontroller 525 verbunden und so ausgebildet ist, dass er Informationen über den Betrieb der Batterieanordnung 1 und etwaige Alarmsituationen speichert.
  • Die elektronische Platine 51 umfasst eine Vielzahl von Ausgleichswiderständen 527, die eine Ausgleichsschaltung für den Batteriezellblock 2 bilden.
  • Der Platinensensor 71 umfasst einen MOSFET-Temperatursensor 71a, der sich auf der Vielzahl von MOSFETs 517 der elektronischen Platine 51 befindet, um einen Wert der MOSFET-Temperatur der Vielzahl von MOSFETs 517 zu erfassen. Der Platinensensor 71 umfasst einen Nebenschluss-Temperatursensor 71b, der sich auf der Vielzahl von Nebenschlusswiderständen 515 der elektronischen Platine 51 befindet, um einen Wert der Nebenschluss-Temperatur 711b der Vielzahl von Nebenschlusswiderständen 515 zu erfassen.
  • Der Platinensensor 71 umfasst einen Gleichspannungs-Temperatursensor 71c, der sich auf dem Gleichspannungswandler 6 der elektronischen Platine 51 befindet, um einen Gleichspannungs-Temperaturwert 711c des Gleichspannungswandlers 6 zu erfassen.
  • Der Platinensensor 71 umfasst einen Hauptplatinentemperatursensor 71d, der sich auf der Hauptseite 511a des Paars von Hauptseiten 511a, 511b der elektronischen Platine 51 befindet, um einen Schaltungstemperaturwert 711d einer gedruckten Schaltung auf der Hauptseite 511a zu erfassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung 1 ein Heizsystem 8 mit einer Gruppe von Heizelementen 80. Die Heizelemente 80 der Gruppe haben eine ebene Form, die sich entlang der Ebene P erstreckt. Die Gruppe der Heizelemente 80 ist so ausgebildet, dass sie den Batteriezellblock 2 erwärmt. Die Gruppe von Heizelementen 80 umfasst ein erstes Heizelement 801, das zwischen der ersten langen Seitenwand 321b und dem Batteriezellblock 2 angeordnet ist, ein zweites Heizelement 802, das zwischen der zweiten langen Seitenwand 322b und dem Batteriezellblock 2 angeordnet ist, und ein drittes Heizelement 803, das zwischen einer oder mehreren Gruppen von Zellen 20 angeordnet ist, vorzugsweise an dem langen zweiten Trennelement 342.
  • Das Temperatursensorsystem 7 umfasst einen Heizelementsensor 73, der mit der Gruppe der Heizelemente 80 gekoppelt ist. Genauer gesagt ist der Heizelementsensor 73 so ausgebildet, dass er eine Heizelementtemperatur 73a erfasst, und umfasst einen ersten Sensor, der sich am ersten Heizelement 801 befindet, einen zweiten Sensor, der sich am zweiten Heizelement 802 befindet, und einen dritten Sensor, der sich am dritten Heizelement 803 befindet, um eine Temperatur des ersten Heizelements 801, des zweiten Heizelements 802 bzw. des dritten Heizelements 803 zu erfassen. Das Batteriemanagementsystem 5 ist so ausgebildet, dass es Ladevorgänge und Entladevorgänge des Batteriezellblocks 2 auf der Grundlage eines Stromwerts (der beispielsweise von den Nebenschlusswiderständen 515 erfasst wird) und/oder auf der Grundlage eines vom Temperatursensorsystem 7 erfassten Temperaturwerts und/oder auf der Grundlage eines Spannungswerts verwaltet.
  • Im Betrieb befindet sich das Bypass-System 13 in der geschlossenen Konfiguration, um den positiven Anschluss 21 mit der positiven Elektrode 11 zu verbinden, damit Strom zwischen dem positiven Anschluss 21 und der positiven Elektrode 11 fließen kann. Im Falle eines Fehlers (das heißt wenn ein Stromwert oder ein Spannungswert oder ein Temperaturwert außerhalb eines Bereichs von Schwellenwerten liegt), schaltet das Batteriemanagementsystem 5 das Bypass-System 13 in die offene Konfiguration, um den positiven Anschluss 21 über den Gleichspannungswandler 6 mit der positiven Elektrode 11 zu verbinden. Das Batteriemanagementsystem 5 verarbeitet ein Steuersignal 91 für den Gleichspannungswandler 6, um die Stromstärke des Gleichspannungswandlers 6 anzupassen.
  • Das Batteriemanagementsystem 5 empfängt einen Strom- oder Spannungswert von einem externen Batterieladegerät und vergleicht diesen Wert mit einem Schwellenwert für Strom oder Spannung. Auf der Grundlage dieses Vergleichs verarbeitet es ein Steuersignal 91 und schaltet das Bypass-System 13 in die offene Konfiguration, und der Gleichspannungswandler 6 begrenzt den Strom- oder Spannungswert (oder passt diesen an) auf den Schwellenwert, während der Batteriezellblock 2 geladen wird, um die Batteriezellen 200 zu laden.
  • Während des Ladens des Batteriezellblocks 2, wenn die vom Batteriezellensensor 72 erfasste Batteriezellentemperatur 72a größer oder gleich 45°C ist, schaltet das Batteriemanagementsystem 5 das Bypass-System 13 in die offene Konfiguration und verarbeitet ein Steuersignal 91 für den Gleichspannungswandler 6; der Gleichspannungswandler 6 begrenzt den Ladestrom auf 1 A. Wenn das Heizsystem 8 nicht vorhanden ist und die Temperatur der Batteriezellen 72a unter 0°C liegt, verarbeitet das Batteriemanagementsystem 5 ein Alarmsignal 92 und sendet es an eine externe Schnittstelle 93 oder an eine vom Benutzer nutzbare Softwareanwendung 94 oder ein Steuersignal 91 an eine LED-Anzeige 95, um diese einzuschalten.
  • Während des Ladens des Batteriezellblocks 2, wenn die vom Batteriezellensensor 72 erfasste Batteriezellentemperatur 72a kleiner oder gleich 0°C ist, aktiviert das Batteriemanagementsystem 5 die Heizelemente 80; das Batteriemanagementsystem 5 passt die Temperatur der Heizelemente 80 durch Modulation der Pulsweite an, um die Eingangsleistung anzupassen. Genauer gesagt wird die von dem ersten Heizelement 801, dem zweiten Heizelement 802 und dem dritten Heizelement 803 abgegebene Leistung von 0 bis 50 W für jedes Heizelement 80 variiert. Während des Ladevorgangs, wenn die Temperatur der Batteriezelle 72a kleiner oder gleich 0°C ist, leitet das Batteriemanagementsystem 5 den Ladestrom vom Batteriezellblock 2 zu den Heizelementen 80 ab, um ein Laden des Batteriezellblocks 2 nicht zu ermöglichen.
  • Während des Ladens des Batteriezellblocks 2 ermittelt das Batteriemanagementsystem 5 eine Temperaturdifferenz zwischen jedem Temperaturwert des ersten Heizelements 801, des zweiten Heizelements 802 und des dritten Heizelements 803 und der Batteriezellentemperatur 72a. Vorzugsweise steuert das Batteriemanagementsystem 5 die Eingangsleistung zu den Heizelementen 80 auf der Grundlage der von einem Batterieladegerät verfügbaren Leistung. Während der Entleerung des Batteriezellblocks 2, wenn die Temperatur der Batteriezelle 72 größer oder gleich 60° oder kleiner als -20°C ist, verarbeitet das Batteriemanagementsystem 5 ein Alarmsignal 92 und sendet es an eine externe Schnittstelle 93 oder an eine vom Benutzer nutzbare Softwareanwendung 94 oder ein Steuersignal 91 an eine LED-Anzeige 95, um diese einzuschalten.
  • Wenn die Nebenschluss-Temperatur 711b oder die MOSFET-Temperatur 711a größer oder gleich 92°C oder die Schaltkreistemperatur 711d größer oder gleich 75° ist, schaltet das Batteriemanagementsystem 5 das Bypass-System 13 in die offene Konfiguration und das Batteriemanagementsystem 5 verarbeitet das Alarmsignal 92 und sendet es an die externe Schnittstelle 93 oder an die von einem Benutzer nutzbare Softwareanwendung 94 oder das Steuersignal 91 an die LED-Anzeige 95, um sie einzuschalten. Wenn die Gleichspannungs-Temperatur 711c des Gleichspannungswandlers 6 größer oder gleich 80°C ist, schaltet das Batteriemanagementsystem 5 den Schalter 130 des Gleichspannungswandlers 6 in die offene Konfiguration, um zu verhindern, dass Strom fließt, und verarbeitet das Alarmsignal 92 und sendet es an die externe Schnittstelle 93 oder an die von einem Benutzer nutzbare Softwareanwendung 94 oder das Steuersignal 91 an die LED-Anzeige 95, um sie einzuschalten.
  • Während eines Schritts des Ladeausgleichs des Batteriezellblocks 2 leiten die Ausgleichsschaltung und insbesondere die Ausgleichswiderstände 527 die überschüssige Energie der Zellen 200 ab (das heißt durch ein passives System zum Ausgleich der Zellen 200), um ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Zellen 200 auszugleichen. Während eines Schritts der Ladungserhaltung erzwingt der Gleichspannungswandler 6 einen Ladestrom, um den Ausgleich der Batteriezellen 200 erneut zu starten.
  • In der offenen Konfiguration des Bypass-Systems 13 empfängt das Batteriemanagementsystem 5 einen Ladestromwert. Wenn der Ladestromwert einen vorgegebenen Ladeschwellenwert überschreitet (der vorgegebene Ladeschwellenwert kann beispielsweise gleich der vom Gleichspannungswandler 6 unterstützten maximalen Ladung sein), schaltet das Batteriemanagementsystem 5 das Bypass-System 13 von der geschlossenen Konfiguration in die offene Konfiguration um, so dass der erforderliche Strom von den Batteriezellen 200 und nicht vom Gleichspannungswandler 6 geliefert wird.
  • Die Batterieeinheit 1 kann Teil eines Systems 100 sein. Das System 100 umfasst eine Vielzahl von Vorrichtungen 101. Die Vielzahl von Vorrichtungen 101 kann die Batterieanordnung 1 umfassen. Jede Vorrichtung 101 umfasst eine Steuereinheit. Jede Vorrichtung 101 kann in eine Master-Konfiguration 101a oder in eine Slave-Konfiguration 101b eingestellt werden, vorzugsweise umfasst die Vielzahl von Vorrichtungen 101 eine Gruppe von Vorrichtungen, wobei jede Vorrichtung 101 der Gruppe in eine Master-Konfiguration 101a oder in eine Slave-Konfiguration 101b eingestellt werden kann. Die Gruppe von Vorrichtungen 101 kann beispielsweise eine Batterieanordnung und/oder eine Anzeige umfassen.
  • Jede Vorrichtung 101 umfasst einen ersten Anschluss 102 und einen zweiten Anschluss 103. Der erste Anschluss 102 und der zweite Anschluss 103 sind vorzugsweise RJ12-Anschlüsse und sind so ausgebildet, dass sie einen RJ12-Verbinder aufnehmen können. Der erste Anschluss 102 und der zweite Anschluss 103 sind parallel geschaltet und so ausgebildet, dass sie die Vielzahl von Vorrichtungen 101 miteinander verbinden, das heißt den Austausch von Signalen 105 zwischen der Vielzahl von Vorrichtungen 101 ermöglichen. Vorzugsweise folgen die zwischen den Vorrichtungen 101 ausgetauschten Signale 105 einem LIN-Kommunikationsprotokoll. Die Anschlüsse 102, 103 der verschiedenen Vorrichtungen sind durch Sammelleitungen 104 miteinander verbunden, die mit den Anschlüssen 102, 103 der Vorrichtung 101 verbunden sind. Jeder Anschluss 102, 103 hat eine Vielzahl von Kontaktstiften und eine entsprechende Vielzahl von Leitern.
  • Die Vielzahl von Kontaktstiften umfasst einen ersten Kontaktstift, der für den Anschluss an die Erde ausgebildet ist, einen zweiten Kontaktstift, der für die Stromversorgung ausgebildet ist, und einen dritten Kontaktstift. Der erste und der zweite Kontaktstift definieren einen ersten Kommunikationskanal. Der dritte Kontaktstift definiert einen zweiten Kommunikationskanal. Jeder Kontaktstift, insbesondere der dritte Kontaktstift, kann zwischen einer High-Konfiguration, bei der der Zustand des Kontaktstifts High (12 V) ist, und einer Low-Konfiguration, bei der der Zustand des Kontaktstifts Low (0 V) ist, umgeschaltet werden.
  • Wenn die Vorrichtungen 101 eingeschaltet werden, ist die Steuereinheit jeder Vorrichtung 101 so ausgebildet, dass sie den dritten Kontaktstift in die Low-Konfiguration zwingt (das heißt einstellt) (Schritt A). Als nächstes kann die Steuereinheit eine Standby-Zeit-Charakteristik dieser Vorrichtung einstellen (Schritt B). Genauer gesagt, hat jede der mehreren Vorrichtungen eine charakteristische Standby-Zeit, die eine Prioritätsreihenfolge der Vorrichtung darstellt. Beispielsweise hat eine Vorrichtung mit einer längeren Standby-Zeit eine höhere Priorität als eine Vorrichtung mit einer kürzeren Standby-Zeit (beispielsweise kann die Batterieanordnung eine charakteristische Standby-Zeit von 500 ms haben und ein Teil der Vielzahl von Vorrichtungen kann eine charakteristische Standby-Zeit von 200 ms haben). Wenn das System zwei Vorrichtungen mit derselben Standby-Zeit umfasst, enthält jede der Vorrichtungen einen Schalter, beispielsweise einen SIP-Schalter, der so ausgebildet ist, dass er eines der beiden Vorrichtungen (vorzugsweise manuell) in die Slave-Konfiguration versetzt.
  • Nachdem der dritte Kontaktstift in den Low-Zustand versetzt wurde, wartet das Steuergerät eine Zeit lang, die der charakteristischen Standby-Zeit seiner Vorrichtung entspricht (Schritt C).
  • Nach Ablauf der Standby-Zeit schaltet das Steuergerät den dritten Kontaktstift in den High-Zustand (Schritt D).
  • Am Ende der Standby-Zeit ist das Steuergerät so ausgebildet, dass es den Zustand des dritten Kontaktstifts der anderen Vorrichtungen liest. Befindet sich mindestens ein dritter Kontaktstift aller anderen dritten Kontaktstifts in der Low-Konfiguration (Bedingung E), dann versetzt das Steuergerät seine Vorrichtung in die Slave-Konfiguration (Schritt F). Alternativ zu den Schritten A-F kann die Vorrichtung beim Einschalten (Schritt A') oder beim Anschluss der Vorrichtung an das Netz in die Slave-Konfiguration versetzt werden.
  • Wenn sich am Ende der Standby-Zeit der dritte Kontaktstift aller anderen Vorrichtungen in der High-Konfiguration befindet (Bedingung G), dann hält die Steuereinheit den dritten Kontaktstift ihrer Vorrichtung in der High-Konfiguration und versetzt die Vorrichtung in die Master-Konfiguration (Schritt H). Daher definiert die Vielzahl der Vorrichtungen 101 eine Vorrichtung in einer Master-Konfiguration 101a und eine Gruppe von Vorrichtungen in einer Slave-Konfiguration 101b.
  • Eine der Vorrichtungen 101, vorzugsweise die Batterieanordnung 1, umfasst einen Bluetooth-Sendeempfänger, der so ausgebildet ist, dass er Funksignale 106 mit einer mobilen Vorrichtung austauscht, das eine Softwareanwendung 94 umfasst. Die Vorrichtung 101, die den Bluetooth-Sendeempfänger umfasst, kann sich in der Master-Konfiguration 101a befinden (in diesem Fall tauscht sie Bluetooth-Signale 106 direkt mit der mobilen Vorrichtung aus), oder sie kann sich in der Slave-Konfiguration 101b befinden (in diesem Fall empfängt sie einen Befehl von der Vorrichtung in der Master-Konfiguration 101a, um Funksignale 106 an die mobile Vorrichtung zu senden). Die Funksignale 106 umfassen eine Vielzahl von Datenelementen, wobei sich jedes Datenelement auf eine entsprechende Vorrichtung 101 aus der Vielzahl der miteinander verbundenen Vorrichtungen 101 bezieht. Die mobile Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Daten anzeigt.
  • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Batterieanordnung
    2
    Batteriezellblock
    3
    Gehäuse
    4
    Abdeckplatte
    5
    Batteriemanagementsystem
    6
    Gleichspannungswandler
    7
    Temperatursensorsystem
    8
    Heizsystem
    10
    Vielzahl Vorrichtungen
    11
    Positive Elektrode
    12
    Negative Elektrode
    13
    Bypass-System
    20
    Batteriezellengruppe
    21
    Positiver (Batterie-)Anschluss
    22
    Negativer Batterieanschluss
    30
    Innenvolumen
    31
    Grundteil
    32
    Seitliche Wand
    33
    Erstes Trennelement
    34
    Zweites Trennelement
    41a, 41b
    Paar Griffe
    51
    Elektronische Platine
    61
    Schalter
    71
    Platinensensor
    71a
    MOSFET-Temperatursensor
    71b
    Nebenschluss-Temperatursensor
    71c
    Gleichspannungs-Temperatursensor
    72
    Batteriezellensensor
    72a
    Batteriezellentemperatur
    73
    Heizelementsensor
    73a
    Heizelementtemperatur
    80
    Heizelemente
    91
    Steuersignal
    92
    Alarmsignal
    93
    Externe Schnittstelle
    94
    Softwareanwendung
    95
    LED-Anzeige
    100
    System
    101
    Vielzahl Vorrichtungen
    101a
    Master-Konfiguration
    101b
    Slave-Konfiguration
    102
    Erster Anschluss
    103
    Zweiter Anschluss
    104
    Sammelleitung
    105
    Signal
    106
    Radiosignal / Bluetooth-Signal
    200
    Vielzahl Batteriezellen
    200a
    Erste Kante
    200b
    Zweite Kante
    200c
    Höhe / Dritte Kante
    301
    Erstes Teilvolumen
    302
    Zweites Teilvolumen
    303
    Vielzahl von Fächern
    311
    Sitz
    321a
    Erste kurze Seitenwand
    321b
    Zweite kurze Seitenwand
    322a
    Erste lange Seitenwand
    322b
    Zweite lange Seitenwand
    341
    Kurzes zweites Trennelement
    342
    Langes zweites Trennelement
    411
    Vorsprung
    510a
    Positiver Verbinder
    510b
    Negativer Verbinder
    511a
    Paar Hauptseiten
    513
    Zweite Kante
    514
    Erste Kante
    515
    Nebenschlusswiderstand
    516a
    Erste Aluminiumplatte
    516b
    Zweite Aluminiumplatte
    517
    Vielzahl MOSFETs
    518
    Treiber
    519
    Schnittstellenverbinder
    520
    Sammelleitungskommunikationszone
    521
    Vielzahl Hilfsanschlüsse
    522
    Heizelementmanagementsystem
    523
    Strommanagementsystem
    525
    Mikrocontroller
    526
    Datenspeicher
    527
    Ausgleichswiderstand
    711a
    MOSFET-Temperatur
    711b
    Nebenschluss-Temperatur
    711c
    Gleichspannungs-Temperatur
    801
    Erstes Heizelement
    802
    Zweites Heizelement
    803
    Drittes Heizelement
    A - H
    Schritte
    P, Q
    Ebenen

Claims (15)

  1. Batterieanordnung (1) für Wohnmobile, umfassend: einen Batteriezellblock (2), der eine Vielzahl von Batteriezellen (200), wobei jede Batteriezelle (200) der Vielzahl von Batteriezellen (200) eine wiederaufladbare Zelle auf Lithiumbasis ist, und einen positiven Batterieanschluss (21) und einen negativen Batterieanschluss (22) aufweist; ein Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) kastenförmig ist und ein Grundteil (31) und eine Seitenwand (32) aufweist, wobei die Seitenwand (32) eine erste (321a) und eine zweite kurze Seitenwand (321b) und eine erste (322a) und eine zweite lange Seitenwand (322b) umfasst; eine Abdeckplatte (4), die so ausgebildet ist, dass sie mit dem Gehäuse (3) gekoppelt werden kann, um ein Innenvolumen (30) zu definieren, das durch das Grundteil (31) und die Seitenwand (32) des Gehäuses (3) und durch die Abdeckplatte (4) begrenzt wird; ein Batteriemanagementsystem (5), das eine elektronische Platine (51) enthält, die mit dem Batteriezellblock (2) verbunden ist, wobei die elektronische Platine (51) eine flache Form aufweist, die sich entlang einer Referenzebene (P) mit einem Paar von Hauptseiten (511a) parallel zu der Referenzebene (P) erstreckt, wobei das Gehäuse (3) ein erstes Trennelement (33) aufweist, das in dem Innenvolumen (30) parallel zu den kurzen Seitenwänden (321a, 321b), proximal zu der ersten kurzen Seitenwand (321a) und distal zu der zweiten kurzen Seitenwand (321b) angeordnet ist, um das Innenvolumen (30) in ein erstes Teilvolumen (301) auf der Seite der ersten kurzen Seitenwand (321a) und ein zweites Teilvolumen (302) auf der Seite der zweiten kurzen Seitenwand (321b), zu unterteilen, wobei die elektronische Platine (51) in dem ersten Teilvolumen (301) angeordnet ist, wobei eine der Hauptseiten (511a) der elektronischen Platine (51) der ersten kurzen Seitenwand (321a) gegenüberliegt.
  2. Batterieanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (3) ferner Folgendes umfasst: eine Vielzahl von zweiten Trennelementen (34), die so ausgebildet sind, dass sie das zweite Teilvolumen (302) in eine Vielzahl von Fächern (303) unterteilen, wobei die Batteriezellen (200) der Vielzahl von Batteriezellen in einer Vielzahl von Batteriezellengruppen (20) angeordnet sind, wobei jede Batteriezellengruppe (20) in einem entsprechenden Fach (303) der Vielzahl von Fächern (303) angeordnet ist.
  3. Batterieanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die Abdeckplatte (4) einen Vorsprung aufweist, der in das Innenvolumen (30) hineinragt, und wobei die Vielzahl der zweiten Trennelemente (34) ein kurzes Trennelement (341) aufweist, das in dem zweiten Teilvolumen (302) parallel zu den kurzen Seitenwänden (321a, 321b) angeordnet ist, vertikal mit dem Vorsprung ausgerichtet ist und so ausgebildet ist, dass es einen leeren Raum in dem zweiten Teilvolumen (302) erzeugt, um den Vorsprung aufzunehmen.
  4. Batterieanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede Batteriezelle (200) der Vielzahl von Batteriezellen eine prismatische Zelle ist, die Vielzahl der zweiten Trennelemente (34) ein langes Trennelement (342) umfasst, das parallel zu den ersten und zweiten langen Seitenwänden (322a, 322b) und in gleichem Abstand zu der ersten langen Seitenwand (322a) und der zweiten langen Seitenwand (322b) angeordnet ist, jede Batteriezelle (200) der Vielzahl von Batteriezellen eine rechteckige Oberseite aufweist, die in einer Ebene (Q) parallel zum Grundteil (31) des Gehäuses (3) liegt, wobei die Oberseite eine erste Kante (200a) und eine zweite Kante (200b) aufweist, und mindestens ein Fach (303) der Vielzahl von Fächern eine erste Länge aufweist, die parallel zu den kurzen Seitenwänden (321a, 321b) definiert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der ersten Kante (200a) ist, und eine zweite Länge, die parallel zu den langen Seitenwänden (322a, 322b) definiert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der zweiten Kante (200b) ist.
  5. Batterieanordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Gehäuse (3) zusammen mit der Vielzahl der zweiten Trennelemente (34) in einem Stück hergestellt wird.
  6. Batterieanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite lange Seitenwand (322a, 322b) und die erste und die zweite kurze Seitenwand (321a, 321b) eine Länge von 375 mm beziehungsweise 175 mm haben und jede lange Seitenwand (322a, 322b) und kurze Seitenwand (321a, 321b) eine Höhe von 190 mm hat, wobei die Höhe entlang einer Ebene (Q) parallel zum Grundteil (31) des Gehäuses (3) definiert ist.
  7. Batterieanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Gleichspannungswandler (6), wobei das Batteriemanagementsystem (5) mit dem Gleichspannungswandler (6) verbunden ist, um den Gleichspannungswandler (6) zu steuern.
  8. Batterieanordnung (1) nach Anspruch 7, umfassend: eine positive Elektrode (11), die mit dem positiven Batterieanschluss (21) verbunden ist, und eine negative Elektrode (12), die mit dem negativen Batterieanschluss (22) verbunden ist, wobei die positive Elektrode (11) und die negative Elektrode (12) von außerhalb des Innenvolumens (30) zugänglich sind; ein Bypass-System (13), wobei das Bypass-System (13) in einer offenen Konfiguration, wobei das Bypass-System (13) die positive Elektrode (11) mit dem positiven Batterieanschluss (21) über den Gleichspannungswandler (6) verbindet, und einer geschlossenen Konfiguration, wobei das Bypass-System (13) die positive Elektrode (11) mit dem positiven Batterieanschluss (21) verbindet und den Gleichspannungswandler (6) umgeht, betrieben werden kann; und wobei das Batteriemanagementsystem (5) so ausgebildet ist, dass es das Bypass-System (13) von der geschlossenen Konfiguration in die offene Konfiguration und umgekehrt umschaltet, und zwar auf der Grundlage einer vorbestimmten Bedingung in Reaktion auf einen erfassten Parameter im Vergleich zu einem Referenzwert anspricht, wobei der erfasste Parameter eine Temperatur, ein Strom oder eine Spannung sein kann.
  9. Batterieanordnung (1) nach Anspruch 8, umfassend einen Schalter, der so ausgebildet ist, dass er in der offenen Konfiguration des Bypass-Systems (13) den Gleichspannungswandler (6) elektrisch mit dem positiven Batterieanschluss (21) verbindet und von diesem trennt.
  10. Batterieanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Batteriemanagementsystem (5) eine Ausgleichsschaltung (52) zum Ausgleichen einer Ladung der Vielzahl von Batteriezellen (200) umfasst und der Gleichspannungswandler (6) ausgebildet ist, um einen Ladestrom während eines Wartungsmodus für den Ladungsausgleich der Vielzahl von Batteriezellen (200) zu erzwingen.
  11. Batterieanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Platine (51) eine oder mehrere der in der folgenden Liste aufgeführten Elemente umfasst: Elektrische Hochleistungsverbinder, die einen positiven Verbinder (510a), der mit dem positiven Batterieanschluss (21) des Batteriezellblocks (2) verbunden ist, und einen negativen Verbinder (510b), der mit dem negativen Batterieanschluss (22) des Batteriezellblocks (2) verbunden ist, umfassen, wobei der positive Verbinder (510a) an einer ersten Kante (514) einer Hauptseite (511a) der elektronischen Platine (51) angeordnet ist und der negative Verbinder (510b) an einer zweiten Kante (513) der einen Hauptseite (511a) der elektronischen Platine (51) angeordnet ist, wobei die zweite Kante (513) der ersten Kante (514) gegenüberliegt; eine Vielzahl von Nebenschlusswiderständen (515) zum Erfassen eines Stroms, wobei sich die Nebenschlusswiderstände (515) parallel zu den Hauptseiten (511a) der elektronischen Platine (51) erstrecken; eine Vielzahl von Aluminiumplatten (516), die mit der elektronischen Platine (51) verbunden sind, um Wärme abzuleiten.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung (1), das die folgenden Schritte umfasst: Zusammenbau eines Batteriezellblocks (2), wobei der Batteriezellblock (2) eine Vielzahl von Batteriezellen (200), wobei jede Batteriezelle (200) der Vielzahl von Batteriezellen (200) eine wiederaufladbare Zelle auf Lithiumbasis ist, und einen positiven Batterieanschluss (21) und einen negativen Batterieanschluss (22) umfasst; Bereitstellen eines Gehäuses (3), wobei das Gehäuse (3) kastenförmig ist und ein Grundteil (31) und eine Seitenwand (32) aufweist, wobei die Seitenwand (32) eine erste und eine zweite kurze Seitenwand (321a, 321b) und eine erste und eine zweite lange Seitenwand (322a, 322b) umfasst; Bereitstellen einer Abdeckplatte (4), die auf das Gehäuse (3) aufgebracht werden kann, um ein Innenvolumen (30) zu definieren, das durch das Grundteil (31) und die Seitenwand (32) des Gehäuses (3) und durch die Abdeckplatte (4) begrenzt ist; Bereitstellen eines ersten Trennelements (33) des Gehäuses (3) in dem Innenvolumen (30) parallel zu den kurzen Seitenwänden (321a, 321b), proximal zu der ersten kurzen Seitenwand (321a) und distal zu der zweiten kurzen Seitenwand (321b), um das Innenvolumen (30) in ein erstes Teilvolumen (301) auf der Seite der ersten kurzen Seitenwand (321a) und ein zweites Teilvolumen (302) auf der Seite der zweiten kurzen Seitenwand (321b) zu unterteilen, Bereitstellen einer elektronischen Platine (51), die eine flache Form hat, die sich entlang einer Bezugsebene (P) mit einem Paar von Hauptseiten (511a) parallel zu der Bezugsebene (P) erstreckt, Anordnen der elektronischen Platine (51) in dem ersten Teilvolumen (301), wobei eine der Hauptseiten (511a) der elektronischen Platine (51) der ersten kurzen Seitenwand (321a) gegenüberliegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Vielzahl von zweiten Trennelementen (34), um das zweite Teilvolumen (302) in eine Vielzahl von Fächern (303) zu unterteilen, Anordnen der Batteriezellen (200) der Vielzahl von Batteriezellen in einer Vielzahl von Batteriezellengruppen (20), Anordnen jeder Batteriezellengruppe (20) in einem entsprechenden Fach (303).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse (3) zusammen mit der Vielzahl der zweiten Trennelemente (34) in einem Stück hergestellt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Gleichspannungswandlers (6) und Anordnen des Gleichspannungswandlers (6) in dem ersten Teilvolumen (301); Verbinden einer positiven Elektrode (11) mit dem positiven Batterieanschluss (21) und einer negativen Elektrode (12) mit dem negativen Batterieanschluss (22), wobei die positive Elektrode (11) und die negative Elektrode (12) von außerhalb des Innenvolumens (30) zugänglich sind; Bereitstellen eines Bypass-Systems (13), das von dem Batteriemanagementsystem (5) betrieben wird, um zwischen einer offenen Konfiguration, in der das Bypass-System (13) die positive Elektrode (11) über den Gleichspannungswandler (6) mit dem positiven Batterieanschluss (21) verbindet, und einer geschlossenen Konfiguration, in der das Bypass-System (13) die positive Elektrode (11) mit dem positiven Batterieanschluss (21) verbindet und den Gleichspannungswandler (6) umgeht, umzuschalten.
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