DE112010002427T5

DE112010002427T5 - System und Verfahren für elnen Batteriepackausgangsschütz

Info

Publication number: DE112010002427T5
Application number: DE112010002427T
Authority: DE
Inventors: Brian C. Moorhead; Brian D. Rutkowski
Original assignee: A123 Systems Inc
Current assignee: A123 Systems LLC
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: JP2012529748A; KR20120049222A; CN102460820B; WO2010144399A3; KR101681351B1; JP5619881B2; CN102460820A; US20120080938A1; WO2010144399A2; US8963500B2; DE112010002427B4

Abstract

sgangs eines Batteriepacks offenbart. In einem Beispiel wird ein Batteriepackschütz nach Erhalten einer Forderung zum Öffnen des Batteriepackschützes während einer Abschaltsequenz geschlossen. Das System und Verfahren können eine Batteriepackdegradation verringern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Ser.-Nr. 61/185,766, die am 10. Juni 2009 eingereicht wurde, den Titel ROBUST VEHICLE INTERFACE trägt und hierdurch durch Verweis für alle Zwecke vollumfänglich hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Steuern eines Batteriepackausgangsschützes. In einem Beispiel versorgt der Batteriepack ein Fahrzeug mit Energie.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
Ein Batteriepack kann ein oder mehrere Schütze zum selektiven elektrischen Verbinden eines Batteriepackausgangs mit einem elektrischen Verbraucher, der sich außerhalb des Batteriepacks befindet, umfassen. Bei manchen Batteriepackauslegungen kann ein Schütz für das Steuern eines Vorladekreises reserviert sein, der einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit den Batteriepackausgangsanschlüssen umfasst. Der Vorladekreis ermöglicht es dem Batteriepack, eine begrenzte Strommenge zu einem Fahrzeugstromnetz oder -bus zu liefern, so dass der Bus ohne großen Einschaltstrom geladen werden kann. Sobald der Fahrzeugenergiebus geladen ist, wird ein zweiter Schütz eingeschaltet, der Batteriezellen direkt mit dem Fahrzeugbus verbindet. Auf diese Weise ist es möglich, den Einschaltstrom während Fahrzeugeinschalten zu begrenzen, so dass die fahrzeugseitigen Energiesteuerungskomponenten nicht erheblich überbemessen sein müssen.
Eine Möglichkeit zum Steuern der Batteriepackausgangsschütze besteht darin, ein Fahrzeugsteuergerät eine Energieforderung oder eine Schützschließforderung zu dem Batteriepack-Steuergerät senden zu lassen. Wenn das Batteriesteuergerät die Energieforderung erhält, werden die Schütze geschlossen, was dem Fahrzeugenergiebus Energie liefert. Diese Auslegung ermöglicht es dem Fahrzeugsteuergerät, elektrische Vorrichtungen mit dem Fahrzeugenergiebus zu verbinden oder davon zu trennen, bevor an dem Fahrzeugenergiebus Energie angelegt wird. Somit kann das Fahrzeugsteuergerät den Fahrzeugenergiebus in einen Zustand versetzen, der für das Aufnehmen von Ladung von der Batterie geeignet ist. Während einer Fahrzeugrückstellbedingung oder während einer Degradation des Fahrzeugsteuergeräts kann es aber möglich sein, dass das Fahrzeugsteuergerät ein Schließen von Batteriepackausgangsschützen fordert, wenn sich der Fahrzeugbus nicht in einem für das Schließen von Schützen wünschenswerten Zustand befindet. Wenn die Batteriepackschütze geschlossen werden, wenn der Fahrzeugenergiebus nicht für einen Schützschließvorgang ausgelegt ist, kann es zu einer Degradation des Schützes oder des Vorladewiderstands oder von Fahrzeugkomponenten kommen.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass wünschenswert sein kann, vor dem Schließen von Batteriepackausgangsschützen eine Vorgehensweise zu befolgen. Demgemäß haben die vorliegenden Erfinder ein Verfahren zum Steuern des Ausgangs eines Batteriepacks, der ein Batteriesteuermodul und einen Batteriepackausgangsschütz aufweist, entwickelt, welches umfasst: Zurückstellen des Batteriesteuermoduls; Einschalten des Batteriesteuermoduls aus der Rückstellung; Erhalten einer Forderung von einem externen Steuergerät, den Batteriepackausgangsschütz in dem eingeschalteten Batteriesteuermodul zu öffnen; und Schließen des Batteriepackausgangsschützes nach der Rückstellung nur als Reaktion auf das Erhalten einer Forderung, die ein von dem externen Steuergerät seit der Rückstellung erhaltener erster Befehl ist.
Indem zuerst ein Öffnen eines Batterieausgangsschützes während Einschalten des Batteriesteuermoduls gefordert wird, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass ein Steuergerät außerhalb des Batteriepacks in einem erwünschten Modus arbeitet, bevor der Batteriepackausgangsschütz geschlossen wird. Wenn zum Beispiel ein Batteriesteuergerät eine Einschaltbedingung erfährt, kann von dem Batteriesteuergerät festgestellt werden, dass ein Steuergerät außerhalb des Batteriepacks wie erwartet arbeitet, wenn der erste Befehl von dem externen Steuergerät zu dem Batteriepack-Steuergerät ein Befehl ist, einen Batteriepackausgangsschütz zu öffnen. Wenn das Batteriepack-Steuergerät den erwarteten Öffnungsbefehl erhält, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeugsteuergerät den Fahrzeugenergiebus in einen erwünschten Zustand versetzt hat, bevor Ladung von dem Batteriepack an dem Fahrzeugenergiebus angelegt wird. Auf diese Weise kann die Möglichkeit des Anlegens von Batterieenergie an dem Fahrzeugbus, bevor der Fahrzeugbus bereit ist, Energie aufzunehmen, verringert werden.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann das Verfahren die Möglichkeit des Verbindens von Batterieausgang mit einem Fahrzeugspannungsbus verringern, wenn der Fahrzeugspannungsbus nicht zum Aufnehmen von Batterieleistung ausgelegt ist. Weiterhin kann die vorliegende Beschreibung Systemkosten senken, da sie keine zusätzliche Hardware erfordert.
Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen ohne weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf die Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines Batteriepacks oder einer Batterieanordnung;
2 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Batteriemoduls;
3 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines beispielhaften Batteriezellenstapels;
4 zeigt ein schematisches Schaltbild zum Steuern von Batteriepackausgang;
5 zeigt eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während erwarteter Batteriepack-Betriebsbedingungen;
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während einer ersten Schließsequenz eines Batterieausgangsschützes;
7 zeigt eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während einer zweiten Schließsequenz eines Batterieausgangsschützes; und
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von Ausgangsschützen eines Batteriepacks.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Steuern der Ausgangsschütze eines Batteriepacks. In einer Ausführungsform können Batteriezellen, wie etwa die in 2–3 gezeigten, in einem in 1 gezeigten Batteriepack kombiniert werden. Die Energie aus den Batteriezellen kann mittels Schützen, die in 4 gezeigt sind, selektiv einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zuführt werden. in einem durch das Verfahren von 8 veranschaulichten Beispiel darf ein Batteriepackausgangsschütz schließen, nachdem ein Steuergerät außerhalb des Batteriepacks fordert, dass Batterieschütze in einen offenen Zustand versetzt werden.
1 zeigt eine Explosionsansicht einer Batterieanordnung 1. Die Batterieanordnung kann eine Abdeckung 10, Verbindungsvorrichtungen 12, ein erstes kühlendes Subsystem 14 (z. B. Kaltplatte), mehrere Batteriemodule 16, ein zweites kühlendes Subsystem 18 (z. B. Kaltplatte) und eine Wanne 20 umfassen. Die Abdeckung kann mittels einer geeigneten Verbindungsvorrichtung (z. B. Bolzen, Klebstoff, etc.) an der Wanne angebracht werden, um ein die Verbindungsvorrichtungen, die kühlenden Subsysteme und die Batteriemodule im zusammengebauten Zustand umgebendes Gehäuse zu bilden.
Die Batteriemodule 16 können mehrere Batteriezellen umfassen, die zum Speichern von Energie ausgelegt sind. Auch wenn mehrere Batteriemodule gezeigt sind, versteht sich, dass in anderen Beispielen ein einziges Batteriemodul genutzt werden kann. Die Batteriemodule 16 können zwischen das erste kühlende Subsystem 14 und das zweite kühlende Subsystem 18 gesetzt werden, wobei die Batteriemodule so positioniert sind, dass ihre elektrischen Anschlüsse an einer Seite 21 zwischen den kühlenden Subsystemen nach außen weisen.
Jedes Batteriemodul kann eine erste Seite 23 und eine zweite Seite 25 umfassen. Die erste und die zweite Seite können als die obere bzw. untere Seite bezeichnet werden. Die obere und untere Seite können die elektrischen Anschlüsse flankieren, die unter Bezug auf 2–3 hierin näher erläutert werden. In diesem Beispiel ist die obere Seite jedes Batteriemoduls in der Batterieanordnung in einer gemeinsamen Ebene positioniert. Analog ist die untere Seite jedes Batteriemoduls in der Batterieanordnung in einer anderen gemeinsamen Ebene positioniert. In anderen Beispielen kann aber nur die obere Seite oder die untere Seite jedes Batteriemoduls in einer gemeinsamen Ebene positioniert sein. Auf diese Weise können die kühlenden Subsysteme direkten Kontakt mit den oberen Seiten und unteren Seiten der Batteriemodule halten, um Wärmeübertragung zu steigern und Kühlleistung zu verbessern, wie hierin näher beschrieben wird, wobei die kühlenden Subsysteme und die Batteriemodule in flächenteilendem Kontakt stehen können. Weitere Einzelheiten eines beispielhaften Batteriemoduls werden hierin unter Bezug auf 2–3 beschrieben. In anderen Bespielen kann nur eines der kühlenden Subsysteme in der Batterieanordnung 1 enthalten sein, wie etwa ein oberes kühlendes Subsystem (in diesem Beispiel Subsystem 14). Zudem sind die Position, Größe und Geometrie des ersten und zweiten kühlenden Subsystems beispielhafter Natur. Somit können beruhend auf verschiedenen Auslegungsparametern der Batterieanordnung in anderen Beispielen die Position, Größe und/oder Geometrie des ersten und/oder zweiten kühlenden Subsystems geändert werden.
Die Batterieanordnung 1 kann auch ein elektrisches Verteilungsmodul 33 (EDM), Überwachungs- und Abgleich-Boards 35 (MBB) und ein Batteriesteuermodul 37 (BCM) umfassen. Die Spannung von Batteriezellen in den Batteriemodulen 16 kann durch MBBs, die auf den Batteriemodulen 16 integriert sind, überwacht und abgeglichen werden. Abgleichen von Batteriezellen bezeichnet das Ausgleichen von elektrischen Spannungen zwischen mehreren Batteriezellen in einem Batteriezellenstapel. Weiterhin können Batteriezellenspannungen zwischen Batteriezellenstapeln ausgeglichen werden. MBBs können mehrere Strom-, Spannungs- und andere Sensoren umfassen. Das EDM steuert die Verteilung von Energie von dem Batteriepack zu dem Batterieverbraucher. Insbesondere enthält das EDM Schütze zum Verbinden von Hochspannungsbatterieenergie mit einem externen Batterieverbraucher wie etwa einem Wechselrichter. Das BCM ermöglicht eine überwachende Steuerung von Batteriepacksystemen. Zum Beispiel kann das BCM Zusatzmodule in dem Batteriepack, wie etwa zum Beispiel das EDM und das Zellen-MBB, steuern. Das BCM kann weiterhin aus einem Mikroprozessor mit Arbeitsspeicher, Festwertspeicher, Eingangsports, Echtzeituhr, Ausgangsports und einem Controller Area Network (CAN) zum Kommunizieren mit Systemen außerhalb des Batteriepacks sowie mit MBBs und anderen Batteriepackmodulen bestehen.
2 zeigt ein beispielhaftes Batteriemodul 200, das in den in 1 gezeigten mehreren Batteriemodulen 16 enthalten sein kann. Das Batteriemodul 200 kann einen Batteriezellenstapel mit mehrere gestapelten Batteriezellen und Ausgangsanschlüsse 201 umfassen. Die Stapelanordnung ermöglicht das dichte Unterbringen der Batteriezellen in dem Batteriemodul.
3 zeigt eine Explosionsansicht eines Teils eines beispielhaften Batteriezellenstapels 300. Wie gezeigt ist der Batteriezellenstapel der Reihe nach aus einer Gehäusewärmesenke 310, einer Batteriezelle 312, einer nachgiebigen Auflage 314, einer Batteriezelle 316 usw. gebaut. Es versteht sich aber, dass andere Anordnungen möglich sind. Zum Beispiel kann der Batteriezellenstapel der Reihe nach aus einer Gehäusewärmesenke, einer Batteriezelle, einer Gehäusewärmesenke etc. aufgebaut sein. Weiterhin kann in manchen Beispielen die Gehäusewärmesenke in die Batteriezellen integriert sein.
Die Batteriezelle 312 umfasst eine Kathode 318 und eine Anode 320 zum Anschluss an eine Stromschiene (nicht gezeigt). Die Stromschiene leitet Ladung von einer Batteriezelle zur anderen. Ein Batteriemodul kann mit Batteriezellen ausgelegt werden, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Stromschienen verbinden Batteriezellenanschlüsse, wenn die Batteriezellen parallel kombiniert sind. Zum Beispiel ist der Plusanschluss einer ersten Batteriezelle mit dem Plusanschluss einer zweiten Batteriezelle verbunden, um die Batteriezellen parallel zu kombinieren. Stromschienen verbinden auch einen Plus- und Minusanschluss von Batteriezellenanschlüssen, wenn es erwünscht ist, die elektrische Spannung eines Batteriemoduls zu steigern. Die Batteriezelle 312 umfasst weiterhin eine prismatische Zelle 324, die Elektrolytverbindungen enthält. Die prismatische Zelle 324 steht mit der Zellenwärmesenke 326 in thermischer Verbindung. Die Zellenwärmesenke 326 kann aus einer Metallplatte gebildet sein, wobei die Kanten an einer oder an mehreren Seiten um 90 Grad nach oben gebogen sind, um eine geflanschte Kante zu bilden. In dem Beispiel von 3 umfassen zwei gegenüberliegende Seiten eine geflanschte Kante. Es sind aber andere Geometrien möglich. Die Batteriezelle 312 ist im Wesentlichen identisch mit der Batteriezelle 316. Daher werden ähnliche Teile entsprechend bezeichnet. Die Batteriezellen 312 und 316 sind so angeordnet, dass ihre Anschlüsse ausgerichtet und freigelegt sind. In dem in 2 gezeigten Batteriemodul 200 sind die elektrischen Anschlüsse verbunden, um ein Abgreifen von Energie aus jeder Zelle in dem Batteriemodul zu ermöglichen. Zurück zu 3 ist zwischen der Batteriezelle 312 und der Batteriezelle 316 eine nachgiebige Auflage 314 gesetzt. In anderen Beispielen muss die nachgiebige Auflage aber nicht in dem Batteriezellenstapel enthalten sein.
Die Gehäusewärmesenke 310 kann aus einer Metallplatte gebildet sein, die einen Boden 328 mit Kanten aufweist, die an einer oder an mehreren Seiten um 90 Grad nach oben gebogen sind, um eine geflanschte Kante zu bilden. In 3 sind eine längs ausgerichtete Kante 330 und vertikal ausgerichtete Kanten 332 gebogene geflanschte Kanten. Wie dargestellt ist die Gehäusewärmesenke so bemessen, dass sie eine oder mehrere Batteriezellen aufnimmt. Es können mit anderen Worten eine oder mehrere Batteriezellen in dem Boden 328 positioniert werden. Somit können die geflanschten Kanten der Batteriezellen mit der Gehäusewärmesenke in Kontakt stehen, und die Unterseite 329 der Batteriezelle 312 kann mit dem Boden der Gehäusewärmesenke in Kontakt stehen, was die Wärmeübertragung erleichtert.
Eine der längs ausgerichteten Kanten 332 der Gehäusewärmesenke 310 kann einen Teil der oberen Seite 202 des Batteriemoduls 200 bilden, wie in 2 gezeigt ist. Analog kann eine der längs ausgerichteten Kanten 332 einen Teil der unteren Seite des Batteriemoduls bilden. Somit können die längs ausgerichteten Kanten der Gehäusewärmesenke mit dem ersten und zweiten kühlenden Subsystem in Kontakt stehen, um Wärmeübertragung zu verbessern. Auf diese Weise kann Wärme von den Batteriezellen zur Außenseite des Batteriemoduls übertragen werden.
Die Batteriezellen können durch Bindebänder 204 und 205 zusammengebunden werden. Die Bindebänder können um den Batteriezellenstapel gewickelt werden oder können sich einfach von der Vorderseite des Batteriezellenstapels zur Rückseite des Batteriezellenstapels erstrecken. In dem letzteren Beispiel können die Bindebänder mit einer Batterieabdeckung verbunden werden. In anderen Ausführungsformen können die Bindebänder aus Gewindestiften bestehen (z. B. Metallgewindestiften), die an den Enden verschraubt sind. Ferner können verschiedene andere Strategien verwendet werden, um die Zellen zu dem Stapel zusammenzubinden. Zum Beispiel können Gewindestäbe, die mit Endplatten verbunden sind, verwendet werden, um den erwünschten Druck vorzusehen. In einem anderen Beispiel können die Zellen in einem starren Rahmen mit einer Platte an einem Ende gestapelt werden, die gegen die Zellen vor- und zurückgleiten könnte, um die erwünschte Druckkraft vorzusehen. In noch anderen Ausführungsformen, können Stäbe, die durch Kurbelkeile festgehalten werden, verwendet werden, um die Batteriezellen zu befestigen. Somit versteht sich, dass verschiedene Bindemechanismen verwendet werden können, um den Zellenstapel zusammenzuhalten, und die Anmeldung ist nicht auf Metall- oder Kunststoffbänder beschränkt. Eine Abdeckung 206 bietet Batteriestromschienen (nicht gezeigt) Schutz, die Ladung von den mehreren Batteriezellen zu Ausgangsanschlüssen des Batteriemoduls leiten.
Das Batteriemodul kann auch eine Vorderendabdeckung 208 und eine Hinterendabdeckung 210 umfassen, die mit dem Batteriezellenstapel verbunden sind. Die Vorder- und Hinterendabdeckungen umfassen Modulöffnungen 26. In anderen Beispielen können die Modulöffnungen aber in einem Teil des die Batteriezellen enthaltenden Batteriemoduls enthalten sein.
Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um den Batterieladezustand zu ermitteln. Durch Kennen des Ladezustands einer Batteriezelle ist es möglich zu ermitteln, ob die Batteriezelle zusätzliche Ladung aufnehmen kann oder nicht. Durch Kennen des Ladezustands einer Batteriezelle ist es weiterhin möglich zu ermitteln, wann es unerwünscht ist, eine Batteriezelle weiter zu entladen. Ein Verfahren zum Ermitteln des Batterieladezustands umfasst das Ermitteln von Batteriezellenspannung.
Unter Bezug nun auf 4 ist ein schematisches Diagramm zum Steuern von Batteriepackausgang gezeigt. In diesem Beispiel umfasst der Batteriepack 400 zwei Batteriezellenstapel 402 und 414, wie durch die Strichlinien gezeigt ist. Die Batteriezellen 412 und 424 sind identisch ausgelegt und in Reihe geschaltet gezeigt. Es können aber Batteriezellenstapel mit unterschiedlichen Stückzahlen von Batteriezellen ausgelegt werden, und die Batteriezellen können bei Bedarf unterschiedlich ausgelegt werden. Zum Beispiel bestehen die Batteriezellen 412 und 424 jeweils aus acht Batteriezellen. Vier der Batteriezellen sind in Reihe angeordnet. Ferner sind die vier Batteriezellen mit vier anderen Batteriezellen, die in Reihe angeordnet sind, parallel angeordnet. Bei dieser Auslegung geben die Batteriezellenstapel 402 und 414 jeweils eine elektrische Spannung aus, die mit der Anzahl an Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind, sowie dem individuellen Spannungsausgang jeder Batteriezelle in Verbindung steht. Wie vorstehend erläutert können die Strombelastbarkeit oder Amperestundenleistung des Batteriezellenstapels mit der Anzahl an Batteriezellen in Verbindung stehen, die parallel geschaltet sind. Wenn die Anzahl an Batteriezellen, die parallel angeordnet sind, zunimmt, steigt die Batteriezellenstapel-Amperestundenleistung. Wenn die Anzahl der in Reihe angeordneten Batteriezellen zunimmt, steigt die Ausgangsspannung des Batteriezellenstapels. Somit kann der Spannungsausgang eines Batteriepacks durch Ändern der Anzahl von Batteriezellen, die in Reihenschaltung angeordnet sind, erhöht oder gesenkt werden. Analog kann die Batteriepack-Amperestundenleistung durch Ändern der Anzahl parallel angeordneter Batteriezellen erhöht oder gesenkt werden. Daher kann in diesem Beispiel die Batteriepackspannung durch Hinzufügen von weiteren Batteriezellen in Reihe mit den Batteriezellen der Batteriezellenstapel 402 und 414 erhöht werden. Alternativ kann die Amperestundenleistung des Batteriezellenstapels durch Hinzufügen von mehr Batteriezellen parallel zu den Batteriezellen 412 und 524 erhöht werden.
Die Batteriezellenstapel 402 und 414 umfassen Eingangsumschalter 404 und 416 zum selektiven Verbinden von ADCs (Analog-Digital-Umsetzern) 406 und 418 mit Batteriezellen 412 bzw. 424. MCUs 410 und 422 steuern den Zustand der Umschalter 404 und 416 mittels digitaler Ausgänge von den jeweiligen MCUs. Die Eingangsumschalter 404 und 416 sind so ausgelegt, dass die ADCs 406 und 418 mit einzelnen Batteriezellen verbunden werden können, um Batteriezellenspannung zu messen, ohne von der Spannung der Batteriezellen beeinflusst zu werden, die mit der gemessenen Batteriezelle in Reihe angeordnet sein können. In einer Ausführungsform kann jedes MCU 410 und 422 jede in Reihe geschaltete Batteriezelle mit jeweiligen ADCs 406 und 418 verbinden. Wenn die Batteriezellen parallel geschaltet sind, verbinden die Eingangsumschalter 404 und 416 die ADCs 406 und 418 mit den Batteriezellen eines Zellenstapels, die parallel geschaltet sind. Somit kann jede mit einem Batteriezellenstapel verbundene ADC ausgelegt sein, um die Spannung einer oder mehrerer Batteriezellen zu messen, die in dem jeweiligen Batteriezellenstapel parallel geschaltet sind.
Die ADCs 406 und 418 sind als Vorrichtungen hoher Auflösung (z. B. ADCs mit 12 oder 16 Bit Auflösung) ausgelegt, die sich außerhalb oder nicht auf dem Chip der MCUs 410 und 418 befinden, auch wenn sich ADCs in anderen Ausführungsformen auf dem Chip befinden können und andere Auflösungen aufweisen können (z. B. 8 Bit Auflösung). In einem Beispiel kommunizieren die ADCs 406 und 418 mit den MCUs 410 bzw. 422 mittels SPI-Ports. Die SPI-Ports dienen zum Übertragen von Batteriezellenspannungen zu jeder MCU, wenn die einzelnen MCUs Eingangsschalter 404 und 416 anweisen, die Batteriezellen 412 bzw. 424 zyklisch zu schalten. Durch zyklisches Schalten der Umschalter werden einzelne Reihenbatteriezellen zum Ermitteln von Batteriezellenspannungen mit den ADCs 406 und 418 verbunden.
Die ADCs 408 und 420 sind Vorrichtungen von niedrigerer Auflösung (z. B. 8 Bit Auflösung), die an den MCUs 410 und 422 integriert sind. In anderen Ausführungsformen können die ADCs 408 und 420 von höherer Auflösung (z. B. 12 oder 16 Bit Auflösung) und außerhalb der MCUs 410 und 422 sein. Die ADCs 408 und 420 sind ausgelegt, um die Reihenspannung zu messen, die durch die Batteriezellen 412 und 424 für die jeweiligen Batteriezellenstapel 402 und 414 vorgesehen wird. Zum Beispiel ist der ADC 408 ausgelegt, um die durch die Reihenkombination von vier Batteriezellen, die mit vier anderen Batteriezellen, den bei 412 gezeigten Batteriezellen, parallel geschaltet sind, vorgesehene Spannung zu messen. Somit ist der ADC eines MBB ausgelegt, um die Reihenkombination von Batteriezellen eines Batteriezellenstapels zu messen. Natürlich kann ein ADC einer MBB, die mit einem Batteriezellenstapel verbunden ist, ausgelegt sein, um die Spannung zusätzlicher oder weniger Batteriezellen als den in 4 gezeigten vier Batteriezellen zu messen. Wie vorstehend erläutert dient die Reihenkombination von Batteriezellen 412 weiterhin dazu, die Ausgangsspannung des Batteriezellenstapels 402 zu erhöhen.
Die MCUs 410 und 422 steuern die Eingangsumschalter 404 und 416 sowie die ADCs 406 und 408, 418 und 420. Weiterhin können die MCUs 410 und 422 die jeweiligen Batteriespannungen im Speicher speichern und arithmetische und logische Operationen an den Batteriespannungsdaten durchführen, die von ADCs 406, 408, 418 und 420 erfasst wurden.
Das BCM 438 kommuniziert mit den MCUs 410 und 422 der Batteriezellenstapel 402 und 414 mittels CAN-Bus 440. Das BCM 438 kann Batteriespannungen und Zustandsanzeigen (z. B. Flags, die eine Degradation eines ADC, einer Batteriezelle oder einer MCU anzeigen) von den Batteriezellenstapeln 402 und 414 erhalten. Das BCM 438 kommuniziert auch mittels festverdrahteter digitaler Eingänge und Ausgänge zum Öffnen und Schließen eines primären Ausgangsschützes 450, eines Vorlade-Batterieausgangsschützes 452 und eines Niederspannungsseitenschützes 448 mit einem EDM 442. In einer anderen Ausführungsform kann das BCM 438 mittels CAN 440 zum Senden von Befehlen, den primären Ausgangsschütz 450, den Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 und den Niederspannungsseitenschütz 448 zu schließen, mit dem EDM 442 kommunizieren, wenn entschieden wird, die Batteriezellenstapel 402 und 414 mit dem Batterieverbraucher oder der Quelle zu verbinden.
Der primäre Batterieausgangsschütz 450, der Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 und der Niederspannungsseitenschütz 448 dienen als elektrisch gesteuerte Schalter und unterbrechen den Kurzschlussstrom nicht ohne Befehle von dem BCM 438. In einem Beispiel sind der primäre Batterieausgangsschütz 450, der Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 und der Niederspannungsseitenschütz 448 normalerweise offene Schütze und umfassen eine Einschaltspule. Die Schütze weisen metallische Kontakte auf, die mit stromführenden Metallleitern durch Betreiben der Einschaltspule ein- und ausgeschaltet werden können. In einem Beispiel öffnen sich die Schütze durch physikalisches Wegbewegen von dem stromführenden Leitern. In einem anderen Beispiel, bei dem die Batterieausgangsanforderungen geringer sind, kann der Batteriepackschütz zum Beispiel ein silicium-basierter Schütz, ein FET oder IGBT sein.
Der Vorladewiderstand 462 verringert Stromfluss zwischen den Batteriezellen 412 und 424, wenn der Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 geschlossen ist und wenn der primäre Batterieausgangsschütz 450 offen ist – im Gegensatz zu dem Fall, da der primäre Batterieausgangsschütz 450 geschlossen ist. Während einer Betriebssequenz zum Liefern von Batterieenergie zu einem externen Verbraucher wird der Niederspannungsseitenschütz 448 vor dem Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 geschlossen, und der Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 wird geschlossen, bevor der primäre Batterieausgangsschütz 450 geschlossen wird, um zwischen dem Batteriepack und einem externen Verbraucher Stromfluss zu begrenzen. Durch erst Schließen des Vorlade-Batterieausgangsschützes 452 wird einem externen Verbraucher Ladung bei einer Rate zugeführt, die die Spannung des Verbrauchers steigen lässt, bevor dem externen Verbraucher eine volle Batteriekapazität zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann ein von dem Batteriepack zu dem externen Verbraucher fließender Strom verringert werden. In anderen Beispielen wird ein Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 vor dem Niederspannungsseitenschütz 448 geschlossen, und der Niederspannungsseitenschütz 448 wird vor dem primären Batterieausgangsschütz 450 geschlossen. Nachdem der primäre Schütz 450 geschlossen wurde, kann ein Vorlade-Batterieausgangsschütz 452 geöffnet werden, so dass kein Strom von der Batterie zu einem externen Verbraucher fließt, wenn der primäre Batterieausgangsschütz 450 geöffnet ist.
Ein CSM 444 kann mit dem EDM integriert sein oder kann als Einzelmodul ausgelegt sein. Das CSM 444 umfasst einen ADC 446 zum Messen von Batteriepackstrom und/oder an der Batterieseite von Schützen 450, 452 und 448. Eine Sicherung 472 ist vorgesehen, um das Fließen von Strom in und aus dem Batteriepack zu begrenzen.
Somit sieht das System von 4 ein System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks vor, welches umfasst: mehrere Batteriezellen; einen ersten Batteriepackausgangsschütz; und ein Batteriesteuergerät, wobei das Batteriesteuergerät Befehle zum Erhalten einer Forderung von einem externen Steuergerät umfasst, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen, nachdem das Batteriesteuergerät eingeschaltet wurde, und das Batteriesteuergerät weiterhin Befehle zum Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erhaltene Forderung ein erster Befehl ist, der seit dem Einschalten von einem Modul außerhalb des Batteriepacks erhalten wurde. Das System kann so ausgelegt sein, dass der erste Batteriepackausgangsschütz zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks elektrisch in Reihe geschaltet ist. Das System kann auch umfassen, dass der erste Batteriepackausgangsschütz ein normalerweise offener Schütz ist, der eine Einschaltspule und Metallkontakte umfasst. In einem Beispiel ist das System so ausgelegt, dass ein erster Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss durch einen Vorladewiederstand zu steuern, und dass ein zweiter Batteriepackausgangsschütz zwischen den mehreren Batteriezellen und einem externen Verbraucher elektrisch in Reihe geschaltet ist. Ferner ist der zweite Batteriepackausgangsschütz mit dem ersten Batteriepackausgangsschütz elektrisch in Reihe geschaltet. In einem Beispiel umfasst das Batteriesteuergerät Befehle zum Anzeigen eines Zustands der Degradation des Steuergeräts außerhalb des Batteriepacks. In einem anderen Beispiel ist das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks ein Fahrzeugsteuergerät oder ein stationäres Energiesystemsteuergerät, und das Batteriesteuergerät umfasst Befehle zum Halten des ersten Batteriepackausgangsschützes in einem offenen Zustand, wenn die erste Forderung keine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen. Schließlich kann das System mehrere Batteriezellen umfassen, die in mehreren Batteriemodulen ausgelegt sind, und wobei die mehren Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen sind.
Das System von 4 sieht auch ein System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks vor, welches umfasst: mehrere Batteriezellen; ein erstes Modul mit: einem ersten Batteriepackausgangsschütz, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz auch ausgelegt ist, um Stromfluss durch einen Vorladewiderstand zu regeln; und einem zweiten Batteriepackausgangsschütz, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz mit dem ersten Batteriepackausgangsschütz elektrisch parallel geschaltet ist; ein zweites Modul mit einem Steuergerät, das mit dem ersten Modul in Verbindung steht, wobei das Batteriesteuergerät Befehle zum Erhalten einer Forderung von einem externen Steuergerät umfasst, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen, nachdem das Batteriesteuergerät eingeschaltet wurde, und das Batteriesteuergerät weiterhin Befehle zum Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erhaltene Forderung ein erster Befehl ist, der seit dem Einschalten von einem Modul außerhalb des Batteriepacks erhalten wurde. Das System kann auch eine CAN-Verbindung von dem Steuergerät zu dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks umfassen. In einem Beispiel weist das System ein Steuergerät auf, das weitere Befehle zum Anzeigen eines Zustands der Degradation des Steuergeräts außerhalb des Batteriepacks umfasst. In einem anderen Beispiel weist das System ein Steuergerät auf, das weitere Befehle zum Halten des ersten Batteriepackausgangsschützes in einem offenen Zustand umfasst, wenn die erste Forderung keine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen. Das System kann mehrere Batteriezellen umfassen, die in mehreren Batteriemodulen ausgelegt sind, und wobei die mehren Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen sind. Das System kann auch ein Steuergerät mit weiteren Befehlen zum Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes vor dem zweiten Batteriepackausgangsschütz und Befehlen zum Öffnen des ersten Batteriepackausgangsschützes nach dem Schließen des zweiten Batteriepackausgangsschützes umfassen.
Das System von 4 sieht auch ein System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks vor, welches umfasst: mehrere Batteriezellen; einen ersten Batteriepackausgangsschütz; und ein Batteriesteuergerät, wobei das Batteriesteuergerät Befehle zum Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit Initialisierung des Batteriesteuergeräts umfasst, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem externen Steuergerät stammt und eine Forderung, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, anzeigt, wobei das Batteriesteuergerät weiterhin Befehle zum Offenhalten des ersten Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die erste Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei das Batteriesteuergerät weitere Befehle zum Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung nach der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu schließen, und wobei das Batteriesteuergerät weitere Befehle zum Schließen des Batteriebackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist.
Das System von 4 sieht auch ein System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks vor, welches umfasst: mehrere Batteriezellen; ein erstes Modul mit: einem ersten Batteriepackausgangsschütz, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz auch ausgelegt ist, um Stromfluss durch einen Vorladewiderstand zu regeln; und einem zweiten Batteriepackausgangsschütz, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz mit dem ersten Batteriepackausgangsschütz elektrisch parallel geschaltet ist; ein zweites Modul, das ein Steuergerät in Verbindung mit dem ersten Modul umfasst, wobei das Steuergerät Befehle zum Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit Initialisierung des Steuergeräts umfasst, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem externen Steuergerät stammt und eine Forderung, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, anzeigt, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Offenhalten des ersten Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die erste Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung nach der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu schließen, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist, und wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Schließen des zweiten Batteriepackausgangsschützes nach dem Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes umfasst.
Unter Bezug nun auf 5 ist eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während erwarteter Batteriepack-Betriebsbedingungen gezeigt. Die Signale von 5 stellen insbesondere relevante Signale während eines normalen Betriebs eines Batteriepacks dar. Während normalen Betriebs führt das Batteriesteuermodul Befehle aus und öffnet und schließt den Batterieausgangsschütz bzw. die Batterieausgangsschütze als Reaktion auf Befehle von einem Fahrzeugsteuergerät.
Die erste Darstellung von oben in 5 ist eine Darstellung von Fahrzeugbusspannung. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt Fahrzeugbusspannung dar, und die Spannung nimmt von dem unteren zum oberen Ende der Y-Achse zu.
Die zweite Darstellung von oben in 5 stellt eine Schützschließforderung dar, die zum Beispiel von einem Fahrzeugsteuergerät erzeugt wird. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt ein Vorliegen oder Fehlen einer Schützschließforderung dar. Wenn die Spur 506 hoch ist, liegt eine Schützschließforderung vor. Wenn die Spur 506 niedrig ist, liegt eine Schützschließforderung nicht vor. Das Vorliegen einer Schützschließforderung zeigt an, dass das Fahrzeugsteuergerät Batteriespannung an dem Fahrzeugenergiebus fordert. In einem Beispiel schließt das Batteriesteuermodul einen Vorlade-Batterieausgangsschütz, schließt dann einen primären Batterieausgangsschütz nach einer vorbestimmten Zeit oder nachdem ein Fahrzeugbus eine Schwellenspannung erreicht. Sobald der primäre Batterieausgangsschütz geschlossen ist, wird der Vorlade-Batterieausgangsschütz geöffnet.
Die dritte Darstellung von oben in 5 stellt ein Schützzustandssignal dar. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts zu. Die Y-Achse stellt den Batteriepackausgangsschütz-Zustand dar. Wenn die Spur 508 hoch ist, zeigt der Batteriepackausgangsschütz-Zustand an, dass der Batteriepackschütz geschlossen ist. In einem Beispiel geht das Schützzustandssignal zu einem hohen Zustand, wenn ein primärer Batterieausgangsschütz Batteriezellen mit dem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks unter Umgehen des Vorladewiderstands verbindet. Es versteht sich, dass der Vorladewiderstand durch Schließen sowohl des Vorlade-Batterieausgangsschützes als auch des primären Batterieausgangsschützes umgangen werden könnte. Wenn die Spur 508 niedrig ist, zeigt der Batteriepackausgangsschütz-Zustand an, dass der primäre Batterieausgangsschütz offen ist.
Zu dem Zeitpunkt links von T₀ ist die Fahrzeugbusspannung niedrig, was anzeigt, dass der Fahrzeugverbraucher keine Energie von dem Batteriepack erhält. Ferner sind die Schützschließforderung und die Schützzustandssignale niedrig, was anzeigt, dass der Batterieausgangsschütz bzw. die Batterieausgangsschütze offen sind.
Bei T₀ beginnt die Fahrzeugbusspannung 502 bei 504 als Reaktion auf ein Wechseln des Zustands der Schützschließforderung von niedrig zu hoch zu steigen. In einem Beispiel bewirkt die Schützschließforderung, dass das Batteriesteuermodul einen Vorlade-Batterieausgangsschütz, der in Reihe mit einem Vorladewiderstand (z. B. Schütz 452 von 4) ist, als Reaktion auf die Schützschließforderung schließt. Das Schließen des Vorlade-Batterieausgangsschützes lässt Strom von der Batterie zu dem Fahrzeugenergiebus fließen, wodurch die Fahrzeugbusspannung erhöht wird. Das Schützzustandssignal bleibt zwischen T₀ und T₁ niedrig, was anzeigt, dass dem Fahrzeug nicht die volle Batteriekapazität zur Verfügung steht.
Bei T₁ erreicht die Fahrzeugbusspannung einen Wert und bleibt danach im Wesentlichen konstant. In einem Beispiel erreicht die Fahrzeugbusspannung bei T₁ im Wesentlichen die Batteriespannung. Ferner wechselt das Schützzustandssignal den Zustand von niedrig zu hoch, was anzeigt, dass der primäre Batterieausgangsschütz geschlossen ist. In einem Beispiel verbindet der primäre Batterieausgangsschütz Batteriezellen direkt mit einem externen Verbraucher ohne einen Vorladewiderstand zwischen Batteriezellen und dem externen Verbraucher (z. B. Schütz 450 von 4). In manchen Beispielen wechselt der Vorladeschütz zu einem offenen Zustand, nachdem der primäre Schütz geschlossen wurde. Somit ist die durch 5 veranschaulichte Sequenz ein beispielhaftes Vorgehen zum Liefern von Batterieladung mittels eines oder mehrerer Batterieausgangsschütze zu einem externen Verbraucher.
Unter Bezug nun auf 6 ist eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während einer ersten Schließsequenz eines Batterieausgangsschützes gezeigt. Insbesondere sind relevante Signale während einer Batteriesteuergerät-Rückstellung gezeigt. Die in 6 beschriebenen Signale sind die gleichen Signale, wie in 5 beschrieben; die Signale von 6 stellen aber Signale dar, die während verschiedener Betriebsbedingungen auftreten. Daher wird der Kürze halber die Beschreibung von Signalen auf Unterschiede der Signale von 6 verglichen mit den Signalen von 5 beschränkt. In dem durch 6 veranschaulichten Beispiel folgt das Batteriesteuermodul einfach Befehlen von dem Fahrzeugsteuermodul.
Links von T₀ zeigt die Spur 602, dass eine dem Fahrzeugenergiebus gelieferte Spannung im Wesentlichen die Batteriespannung ist, und die Schützschließforderung 608 ist hoch, was anzeigt, dass das Fahrzeugsteuergerät an dem Fahrzeugbus Batteriespannung fordert. Das Schützzustandssignal 610 befindet sich links der Zeit T₀ ebenfalls bei einem hohen Wert und zeigt an, dass der primäre Batterieausgangsschütz sich in einem geschlossenen Zustand befindet.
Bei T₀ wird das Batteriepack-Steuergerät zurückgesetzt, was bewirkt, dass das Schützzustandssignal einen offenen primären Batterieausgangsschütz anzeigt. In manchen Beispielen kann das Schützzustandssignal während einer Batteriesteuergerät-Rückstellung zu einem vorbestimmten Zustand wechseln. Das Schützschließsignal bleibt bei einem hohen Wert und zeigt an, dass das Fahrzeugsteuergerät während der Batteriesteuergerät-Rückstellung Batterieenergie zu dem Fahrzeugbus fordert. Wenn das Batteriesteuergerät zurückgesetzt wird, wechselt der primäre Batterieausgangsschütz zu einem offenen Zustand, was die Fahrzeugbusspannung bei 604 fallen lässt, da von dem Fahrzeugverbraucher Batterieenergie verbraucht wird.
Bei T₁ beendet das Batteriesteuergerät die Rückstellung und reagiert auf die Schützschließforderung 608. Da das Fahrzeugsteuergerät nichts von der Batteriesteuergerät-Rückstellung wissen könnte, bleibt die Schützschließforderung bei einem hohen Zustand und zeigt an, dass an dem Fahrzeugbus Batteriespannung erwünscht ist. In einem Beispiel reagiert das Batteriesteuergerät durch Schließen des Vorlade-Batterieausgangsschützes. Das Schließen des Vorlade-Batterieausgangsschützes erhöht die Fahrzeugbusspannung, wie bei 606 angezeigt. Das Fahrzeugsteuergerät könnte aber die Fahrzeugverbraucher nicht von dem Fahrzeugbus getrennt haben, wenn dem Fahrzeugsteuergerät die Batteriesteuergerät-Rückstellung nicht bekannt war. Dadurch erreicht eine Fahrzeugbusspannung bei T₂ einen Spitzenwert und sinkt dann. Die Fahrzeugbusspannung kann fallen, wenn das Aktivieren des Vorlade-Batterieausgangsschützes zum Beispiel ein Degradieren eines Batteriepackwiderstands bewirkt. Somit zeigen die Signale von 6 ein mögliches Ergebnis des Schließens eines Batteriepackausgangsschützes während einer Batteriesteuergerät-Rückstellung an.
Unter Bezug nun auf 7 ist eine beispielhafte Darstellung von relevanten simulierten Signalen während einer zweiten Schließsequenz eines Batterieausgangsschützes gezeigt. Insbesondere ist eine Batterieausgangsschütz-Schließsequenz gemäß dem Verfahren von 8 gezeigt. Die in 7 beschriebenen Signale sind die gleichen Signale, wie in 5–6 beschrieben. Daher wird der Kürze halber die Beschreibung von Signalen auf Unterschiede der Signale von 7 verglichen mit den Signalen von 6 beschränkt.
Links von T₀ zeigt die Spur 702, dass eine dem Fahrzeugenergiebus gelieferte Spannung im Wesentlichen die Batteriespannung ist, und die Schützschließforderung 708 ist hoch, was anzeigt, dass das Fahrzeugsteuergerät an dem Fahrzeugbus Batteriespannung fordert. Das Schützzustandssignal 710 befindet sich links der Zeit T₀ ebenfalls bei einem hohen Wert und zeigt an, dass der primäre Batterieausgangsschütz sich in einem geschlossenen Zustand befindet.
Bei T₀ wird das Batteriepacksteuergerät zurückgesetzt, was bewirkt, dass das Schützzustandssignal einen offenen primären Batterieausgangsschütz anzeigt. In manchen Beispielen kann das Schützzustandssignal während einer Batteriesteuergerät-Rückstellung zu einem vorbestimmten Zustand wechseln. Das Schützschließsignal bleibt bei einem hohen Wert und zeigt an, dass das Fahrzeugsteuergerät während der Batteriesteuergerät-Rückstellung Batterieenergie zu dem Fahrzeugbus fordert. Wenn das Batteriesteuergerät zurückgesetzt wird, wechselt der primäre Batterieausgangsschütz zu einem offenen Zustand, was die Fahrzeugbusspannung bei 704 fallen lässt, da von dem Fahrzeugverbraucher Batterieenergie verbraucht wird.
Bei T₁ beendet das Batteriesteuergerät die Rückstellung und reagiert auf die Schützschließforderung 708. Da das Fahrzeugsteuergerät nichts von der Batteriesteuergerät-Rückstellung wissen könnte, bleibt die Schützschließforderung bei einem hohen Zustand und zeigt an, dass an dem Fahrzeugbus Batteriespannung erwünscht ist. In diesem Beispiel reagiert das Batteriesteuergerät durch Ermitteln der Art von Fahrzeugsteuergerät-Rückstellung. Da das Fahrzeugsteuergerät Schützschließen fordert, belässt das Batteriesteuergerät den Vorlade-Batterieausgangsschütz und den primären Batterieausgangsschütz in offenen Zuständen. Folglich nimmt die Fahrzeugbusspannung weiter ab, auch wenn das Fahrzeugsteuergerät weiter Batteriespannung fordert. In einem Beispiel sendet das Batteriesteuergerät bei T₁ ein Zustandssignal zu dem Fahrzeugsteuergerät, um anzuzeigen, dass ein degradierter Zustand vorliegt. Das Fahrzeugsteuergerät kann durch Fordern einer Abschaltsequenz reagieren, so dass das Batteriesteuergerät und das Fahrzeugsteuergerät aus einem abgeschalteten Zustand neu initialisiert werden können.
Unter Bezug nun auf 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks gezeigt. In einem Beispiel wird das Verfahren von 8 bei einer Rückstellung eines Batteriesteuermoduls ausgeführt. Eine Batteriemodul-Rückstellung kann nach einem Abschalten des Batteriesteuermoduls oder unter ausgewählten Betriebsbedingungen (z. B. bei einer Rückstellungsforderung von einem Fahrzeugsteuergerät oder einer degradierten elektrischen Verbindung) auftreten. Während einer Rückstellung wird das Mikrosteuergerät neu gebootet und der Stapelzeiger eines Mikrosteuergeräts wird auf eine vorbestimmte Position gesetzt, so dass das Mikrosteuergerät gemäß einem vorbestimmten Vorgehen mit dem Ausführen von Befehlen beginnt.
Bei 802 entscheidet die Routine 800, ob eine Schützschließforderung vorliegt oder nicht. Die Schützschließforderung kann von einem Fahrzeugsteuergerät oder von einem Fahrzeugsubsystem-Steuergerät (z. B. einem Motorsteuergerät) stammen. In einem Beispiel kann die Schützschließforderung ferner mittels einer CAN-Verbindung von einem stationären Energiesystemsteuergerät erfolgen. In anderen Beispielen kann die Schützschließforderung mittels eines digitalen Eingangs erfolgen. Wenn festgestellt wird, dass eine Schützforderung vorliegt, rückt die Routine 800 zu 804 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zum Ende vor.
Bei 804 entscheidet die Routine 800, ob die Schützschließforderung eine erste Forderungsmeldung von einem externen Steuergerät seit einem Einschalten oder Rückstellen eines Batteriesteuermoduls ist. In einem Beispiel kann eine Batteriesteuergerät-Rückstellung aus einem externen oder internen Zustand erfolgen. Während einer Batteriesteuergerät-Rückstellung bootet ein Mikrosteuergerät neu und stoppt das Ausführen einer Reihe von Befehlen. Ferner kann ein Stapelzeiger in dem Mikrosteuergerät auf eine vorbestimmte Position zurückgestellt werden, so dass das Mikrosteuergerät von bekannten und prognostizierbaren Zuständen mit dem Ausführen von Befehlen von beginnt. Nach dem Zurücksetzen des Stapelzeigers wird ein Flag, das den Zustand einer ersten Forderungsmeldung von einem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks anzeigt, auf wahr gesetzt, und die Routine 800 sucht bei einer CAN-Verbindung nach einer Meldung von einem externen Steuergerät. Sobald eine erste Forderungsmeldung von dem Batteriepack-Steuergerät von einem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks erhalten wird, wird das erste Meldungsforderungsflag am Ende der Routine 800 auf falsch gesetzt, um anzuzeigen, dass etwaige anschließende Meldungen nicht die erste Forderungsmeldung von dem externen Steuergerät sind. Wenn eine Meldung von einem externen Steuerung erhalten wird und das erste Forderungsmeldungsflag auf wahr gesetzt ist, rückt die Routine 800 zu 806 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 810 vor.
Bei 806 entscheidet die Routine 800, ob die Forderung von dem externen Steuergerät eine Schützschließforderung ist oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 800 zu 808 vor. Ansonsten rückt die Routine 800 zu 812 vor.
Bei 808 hält die Routine 800 den Batterieausgangsschütz bzw. die Batterieausgangsschütze in einem offenen Zustand und wechselt in einen Abschaltmodus. Die Routine 800 sendet auch mittels der CAN-Verbindung eine Zustandsmeldung zu dem externen Steuergerät (z. B. einem Fahrzeugsteuergerät oder einem stationären Energiesteuergerät) und zeigt einen Degradationszustand an. Bis der Batteriepack von dem Fahrzeugsteuergerät zurückgestellt wird oder bis der Batteriepack abgeschaltet wird, bleibt die Routine 800 in dem Abschaltzustand.
Bei 812 setzt die Routine 800 das erste Forderungsmeldungsflag auf falsch. Durch Setzen des ersten Forderungsmeldungsflag auf einen Falschzustand kann die Routine 800 während eines anschließenden Ausführens von Routine 800 zu 810 vorrücken. Auf diese Weise sieht die Routine 800 eine Prüfung bezüglich der Fahrzeugsteuergerätforderung vor, bevor dem Fahrzeugenergiebus Batterieleistung geliefert wird.
Bei 810 schließt die Routine 800 als Reaktion auf eine Schützschließforderung durch ein externes Steuergerät einen Schütz. In einem Beispiel wird bei 810 eine Schützschließsequenz eingeleitet. Insbesondere wird bei 810 zunächst ein erster Schütz geschlossen. Der erste Schütz ist ein Vorladeschütz und ist mit einem Vorladewiderstand elektrisch in Reihe geschaltet. Sobald die Fahrzeugbusspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, wird dann ein zweiter Schütz geschlossen. Der zweite Schütz ist mit dem erste Vorladeschütz parallel geschaltet und kann als primärer Schütz beschrieben werden. Der Vorladeschütz wird geöffnet, nachdem der primäre Schütz geschlossen wurde, um die Energieübertragung von der Batterie zu dem Fahrzeugverbraucher abzuschließen.
Somit sieht das Verfahren von 8 ein Verfahren zum Steuern des Ausgangs eines Batteriepacks, der ein Batteriesteuermodul und einen Batteriepackausgangsschütz aufweist, vor, welches umfasst: Zurückstellen des Batteriesteuermoduls; Einschalten des Batteriesteuermoduls aus der Rückstellung; Erhalten einer Forderung von einem externen Steuergerät, den Batteriepackausgangsschütz in dem eingeschalteten Batteriesteuermodul zu öffnen; und Schließen des Batteriepackausgangsschützes nach der Rückstellung nur als Reaktion auf das Erhalten einer Forderung, die ein von dem externen Steuergerät seit der Rückstellung erhaltener erster Befehl ist. Das Verfahren findet dort Anwendung, wo ein Batteriepackausgangsschütz Strom von mehreren Batteriezellen durch einen Vorladewiderstand zu einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks steuert. Das Verfahren findet aber auch dort Anwendung, wo ein Batteriepackausgangsschütz Strom von mehreren Batteriezellen zu einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks steuert. in einem Beispiel umfasst das Verfahren eine über eine CAN-Verbindung gestellte Forderung und wobei das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks ein Fahrzeugsteuergerät ist. Das Verfahren kann auch einen Modus umfassen, bei dem der Batteriepack in einen Modus tritt, bei dem der Batteriepackausgangsschütz geöffnet ist und bei dem ein Signal, das Degradation anzeigt, von dem Batteriesteuermodul zu dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks gesendet wird. Der Batteriepack kann in diesen Modus treten, wenn eine erste Forderung von dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks keine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu öffnen. Das Verfahren findet auch Anwendung, wenn der Batteriepack aus mehreren Lithium-Ionen-Batteriezellen besteht und wenn der Batteriepackausgangsschütz ein normalerweise offener Schütz ist, der eine Einschaltspule und Metallkontakte umfasst. Ferner kann sich der Schütz während des Batteriesteuermodul-Einschaltens in einem offenen Zustand befinden.
Das Verfahren von 8 seht auch ein Verfahren zum Steuern des Ausgangs eines Batteriepacks, der ein Batteriesteuermodul und einen Batteriepackausgangsschütz aufweist, vor, welches umfasst: Initialisieren des Batteriesteuermoduls aus einer laufenden Rückstellung oder einem Hardware-Einschalten; Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit der Initialisierung des Batteriesteuermoduls, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem externen Steuergerät stammt und eine Forderung anzeigt, den Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, wobei der Batteriepackausgangsschütz als Reaktion auf die erste Schützsteuerungsforderung offen bleibt; Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung nach dem ersten Schützsteuerungsforderung, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu schließen; und Schließen des Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
Wie von einem Fachmann nachvollzogen wird, können die in 8 beschriebenen Routinen durch Befehle für ein Steuergerät wiedergegeben werden und können durch eines oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen wiedergegeben werden. Somit können verschiedene Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Auch wenn dies nicht eigens gezeigt ist, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass einer oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden kann.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Entsprechung verweisen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Enthalten eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Es können andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun breiter oder enger gefasst, gleich oder von anderem Schutzumfang als die ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Ausgangs eines Batteriepacks, der ein Batteriesteuermodul und einen Batteriepackausgangsschütz aufweist, welches umfasst: Initialisieren des Batteriesteuermoduls aus einer laufenden Rückstellung oder einem Hardware-Einschalten; Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit der Initialisierung des Batteriesteuermoduls, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks stammt und eine Forderung anzeigt, den Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, wobei der Batteriepackausgangsschütz unabhängig von der ersten Schützsteuerungsforderung offen bleibt; nach der ersten Schützsteuerungsforderung Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung von dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu schließen; und Schließen des Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepackausgangsschütz Strom von mehreren Batteriezellen durch einen Vorladewiderstand zu einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepackausgangsschütz Strom von mehreren Batteriezellen zu einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Forderung mittels einer CAN- oder digitalen Verbindung erfolgt und dass das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks ein Fahrzeug- oder Systemsteuergerät ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin Eintreten des Batteriepacks in einem Modus umfasst, bei dem der Batteriepackausgangsschütz geöffnet wird und bei dem ein Signal zum Begrenzen der Batteriepackdegradation von dem Batteriesteuermodul zu dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks gesendet wird, wobei der Batteriepack in den Modus tritt, wenn die erste Schützsteuerungsforderung von dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks keine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu öffnen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepack aus mehreren Lithium-Ionen-Batteriezellen besteht und dass der Batteriepackausgangsschütz ein normalerweise offener Schütz ist, der eine Einschaltspule und Metallkontakte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepackausgangsschütz sich während der Batteriesteuermodul-Initialisierung in einem offenen Zustand befindet.
System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks, welches umfasst mehrere Batteriezellen; einen ersten Batteriepackausgangsschütz; und ein Batteriesteuergerät, wobei das Batteriesteuergerät Befehle zum Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit Initialisierung des Batteriesteuergeräts umfasst, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks stammt und eine Forderung anzeigt, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, wobei das Batteriesteuergerät weiterhin Befehle zum Offenhalten des ersten Batteriepackausgangsschützes unabhängig von der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei das Batteriesteuergerät weitere Befehle zum Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung nach der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den Batteriepackausgangsschütz zu schließen, und wobei das Batteriesteuergerät weitere Befehle zum Schließen des Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Batteriepackausgangsschütz zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks elektrisch in Reihe geschaltet ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Batteriepackausgangsschütz ein normalerweise offener Schütz ist, der eine Einschaltspule und Metallkontakte umfasst.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss durch einen Vorladewiederstand zu steuern, und wobei das System weiterhin einen zweiten Batteriepackausgangsschütz umfasst, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz zwischen den mehreren Batteriezellen und dem Verbraucher elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz mit dem ersten Batteriepackausgangsschütz elektrisch in Reihe geschaltet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesteuergerät weiterhin Befehle zum Anzeigen einer Forderung umfasst, die Batteriepackdegradation auf das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks beschränkt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks ein Fahrzeugsteuergerät ist und dass das Batteriesteuergerät weitere Befehle zum Halten des ersten Batteriepackausgangsschützes in einem offenen Zustand umfasst, wenn die erste Forderung keine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Batteriezellen in mehreren Batteriemodulen ausgelegt sind und dass die mehreren Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen sind.
System zum Steuern von Ausgang eines Batteriepacks, welches umfasst: mehrere Batteriezellen; ein erstes Modul mit: einem ersten Batteriepackausgangsschütz, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der erste Batteriepackausgangsschütz auch ausgelegt ist, um Stromfluss durch einen Vorladewiderstand zu regeln; und einem zweiten Batteriepackausgangsschütz, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen den mehreren Batteriezellen und einem Verbraucher außerhalb des Batteriepacks zu regeln, wobei der zweite Batteriepackausgangsschütz mit dem ersten Batteriepackausgangsschütz elektrisch parallel geschaltet ist; ein zweites Modul, das ein Steuergerät in Verbindung mit dem ersten Modul umfasst, wobei das Steuergerät Befehle zum Erhalten einer ersten Schützsteuerungsforderung seit Initialisierung des Steuergerät umfasst, wobei die erste Schützsteuerungsforderung von einem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks stammt und eine Forderung anzeigt, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen oder zu schließen, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Offenhalten des ersten Batteriepackausgangsschützes unabhängig von der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Erhalten einer anschließenden Schützsteuerungsforderung nach der ersten Schützsteuerungsforderung umfasst, wobei die anschließende Schützsteuerungsforderung eine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgansschütz zu schließen, wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes als Reaktion auf die anschließende Schützsteuerungsforderung nur als Reaktion darauf umfasst, dass die erste Schützsteuerungsforderung eine Schützöffnungsforderung ist, und wobei das Steuergerät weitere Befehle zum Schließen des zweiten Batteriepackausgangsschützes nach dem Schließen des ersten Batteriepackausgangsschützes umfasst.
System nach Anspruch 15, welches weiterhin eine CAN-Verbindung von dem Steuergerät zu dem Steuergerät außerhalb des Batteriepacks umfasst.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weitere Befehle zum Anzeigen einer Forderung umfasst, die Batteriepackdegradation auf das Steuergerät außerhalb des Batteriepacks zu beschränken.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weitere Befehle zum Halten des ersten Batteriepackausgangsschützes in einem offenen Zustand umfasst, wenn die erste Schützsteuerungsforderung keine Forderung ist, den ersten Batteriepackausgangsschütz zu öffnen.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Batteriezellen in mehreren Batteriemodulen ausgelegt sind und dass die mehreren Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen sind.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weitere Befehle zum Öffnen des ersten Batteriepackausgangsschützes nach dem Schließen des zweiten Batteriepackausgangsschützes umfasst.