EP4348800A1 - Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers - Google Patents

Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers

Info

Publication number
EP4348800A1
EP4348800A1 EP22734148.4A EP22734148A EP4348800A1 EP 4348800 A1 EP4348800 A1 EP 4348800A1 EP 22734148 A EP22734148 A EP 22734148A EP 4348800 A1 EP4348800 A1 EP 4348800A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control device
current
strands
sensor
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22734148.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Weller
Ulrich Benzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP4348800A1 publication Critical patent/EP4348800A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/94—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery current

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a battery store, preferably a control device for and/or in a high-voltage battery store of an electric vehicle.
  • a BMS battery management system uses signals from the battery cells and battery modules to determine the battery status in a high-voltage battery, such as the state of charge SOC, internal resistance Ri and state of health SOH.
  • the internal resistance Ri of the cells is determined based on the current and the reaction of a cell voltage.
  • the aging state SOH can in turn be calculated using the internal resistance Ri.
  • the aging status SOC is mainly determined by an electricity meter based on the stored capacity. It is therefore crucial to know which current the cell sees both for the internal resistance Ri and for the aging state SOC. This is also crucial in terms of current limitation and allowable current at the cell level.
  • the difficulty with multiple strand systems is that the current of each strand would have to be measured individually. Often only the total current is measured, in which case it is assumed that each strand sees the same current.
  • Both shunt and Hall sensors which measure the absolute current, are currently used to measure the current of a single strand in multi-strand systems. With a large measuring range, both current sensors have a measuring tolerance that is in the ampere range. In multi-strand systems, however, there can be deviations in the current flow of the individual strands, i.e. so-called residual currents, which cause the strands to age differently and cannot be detected using conventional methods.
  • a control device for controlling a battery storage device of an electric vehicle or the like is provided, with a sensor for measuring a total current also being connected to the control device Differential current between two strands gene is formed in that the further sensor for measuring a difference in a respective current flow between high-voltage connections of the two strands is formed.
  • the invention is therefore essentially based on the knowledge that a current sensor for measuring an absolute current must have a very large measuring range, which entails a measuring tolerance that is too high. However, a residual current reliably indicates even at a comparatively small size to a possible problem.
  • a current sensor with a large measuring range does not have to be provided, as a result of which a measurement tolerance of such a differential current meter is also significantly lower and thus more reliable measurement results can be achieved overall.
  • a Hall sensor for measuring a differential current flow, on which the high-voltage lines of two strands are arranged running in opposite directions through the Hall sensor, or only one through oppositely oriented currents in the strands running through the Hall sensor Difference between currents flowing in the Hall sensor can be detected.
  • this type of sensor is advantageously also suitable for displaying the larger of the two current flows in addition to an absolute value of a difference by means of a sign of a sensor output signal.
  • a measuring shunt is provided as a sensor for a total current flow.
  • the respective phase current can be calculated as precisely as possible.
  • both the permissible absolute current and the permissible string current can be better monitored and the battery or the cell of the modules can be protected better.
  • a residual current can preferably be added up over the service life of the relevant module and stored in a memory in a fail-safe manner.
  • the individual phase currents are calculated based on the total current and the differential current, which are also summed up and saved in a fail-safe manner, in particular in an ERPOM.
  • additional current limitation is provided at phase level. This is designed as a safety measure in such a way that the phase currents in a two-phase system must not exceed half the maximum permissible total current.
  • a device described above can be generalized and theoretically extended to multi-strand systems with n-strands and the corresponding n-1 Hall sensors, with use in 2- and 3-strand systems currently being the most interesting in practice.
  • Monitoring the individual strings is also important in order to reduce the permissible total current to the permissible string current if a string fails, e.g. due to an internal short circuit in a cell in a string. This ensures that the cells in the last remaining current-carrying string do not see too much current. An otherwise possible risk of triggering a thermal runaway effect, for example, is thus greatly reduced.
  • Figure 1 a circuit diagram of a battery storage with a control unit and a plurality of electrical storage cells and sensors and
  • FIG. 2 a circuit diagram for the installation and interconnection of a Hall sensor in a device according to Figure 1.
  • the same reference numbers are used for the same elements throughout the various figures. Without any limitation of the field of application, only one use of a control device according to the invention of a battery storage device in a purely electric vehicle will be discussed below, which itself is not further illustrated. However, it is readily apparent to the person skilled in the art that devices according to the invention can be used in vehicles on land, on water and in the air, but can also be used very advantageously in stationary energy storage systems, particularly in connection with wind power and/or photovoltaic systems.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a battery storage device 1 with 16 modules Mod 1 to Mod 16, each of which includes a plurality of elementary electrical storage cells that are not shown in more detail.
  • a cell sensor circuit esc 1 . . . esc 16 is provided for each of these storage cells in the relevant module for electrical and thermal monitoring.
  • the first sub-string 2 comprises a series connection of the modules Mod 1 to Mod 8
  • the second sub-string 3 a series connection of the modules Mod 9 to Mod 16.
  • the battery storage device 1 shown is in an idle state, i.e. external electrical connections 4 with positive and negative polarity are separated by contactors 5, 6 and pre-charging relays 7, 8 from the modules of both sub-strings 2, 3 ge.
  • the modules Mod 1, ..., Mod 16 are connected to form two sub-strings 2, 3 with the same nominal voltage. Both strands 2, 3 are here constructed identically as a series connection of eight modules. A voltage of 400V is thus present at both partial strands 2, 3. You are at an electrically positive end each Weil via a fuse Fl, F2 with a contactor 5, 6 and a pre-charging relay 7, 8 connected. At an electrically negatively charged end, the partial strands 2, 3 are connected to a summation point 9 as HV busbars according to the prior art via current measuring resistors SHN1, SHN2. A negatively charged external connection 4 of the battery store 1 is also connected to the summation point 9 via a contactor 10 .
  • the use of current measuring resistors SHN1, SHN2 represents a tried and tested technique, which, however, in addition to increased losses, delivers very inaccurate results due to a very large measuring range.
  • the sub-strings 2, 3 are routed through a Hall sensor 11 instead of via current measuring resistors SHN1, SHN2, which are only indicated by dashed lines, with partial currents flowing in opposite directions in an operating state, in order to detect a differential current between the currents flowing through each of the sub-strings 2 , 3 flowing partial streams to be determined.
  • a sign of a measurement result of the Hall sensor 11 indicates which of the partial currents is the larger one.
  • a corresponding line 12 forms part of an analog communication network of the BMS, shown in dash-dotted line in FIG.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram for installing the Hall sensor 11 in a device according to FIG. 1 with internal details.
  • the partial strands 2, 3 are guided through the Hall sensor 11 in such a way that the partial currents flow through them in opposite directions when the battery storage device 1 is in operation. Only a difference in the current flows through the respective sub-strings 2, 3 can thus be measured electromagnetically in the Hall sensor 11.
  • Hall sensor 11 is connected to an analog input of the BMS via line 12.
  • the Hall sensor 11 is supplied with power, for example with a supply voltage: 5 V at +/-0.25 V and a maximum current consumption of 20 mA via an analog output of the BMS.
  • This functionality for using the Hall sensor 11 can be activated via a parameter in the configuration of the BMS.
  • a current measurement for the entire system from strands 2, 3 continues to run via a shunt, here SHN.
  • the individual strand currents of strands 2, 3 are calculated based on the total current and the differential current.
  • the differential current of the two strands 2, 3 is summed up over the entire lifetime and stored in an EEPROM, which in this exemplary embodiment can be drawn without further drawing representation is part of the BMS.
  • the respective internal resistance Ri is calculated for each strand 2, 3.
  • a separate SOH is calculated for each strand.
  • Residual current measurement with a Hall sensor offers the possibility of monitoring compensating currents in a multi-strand battery over its service life with increased measurement accuracy, with only a small adjustment to the hardware, as only a comparatively small measurement range is required.
  • This increases the accuracy when determining the internal resistance, the SOH and the SOC, since this method enables a current to be determined more precisely at string level. In this way, the maximum permissible current flow at string level can be monitored and, if necessary, restricted in order to increase the overall operational reliability of this HV battery storage system. The aging behavior of the battery can thus be better monitored and the essential battery states can be determined more precisely in the BMS.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontrolleinrichtung eines Batteriespeichers (1), vorzugsweise eine Kontrolleinrichtung für einen und/oder in einem Hochvolt-Batteriespeicher eines Elektrofahrzeugs, wobei in dem Batteriespeicher (1) Module (Mod 1,…, Mod 16) über Komponenten der Elektromechanik, z.B. in Form von Schützen, Sicherungen (F1, F2) und Stromschienen, miteinander verschaltet und mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) zur Regelung von Ladung und Entladung verbunden sind. Um eine Kontrolleinrichtung für einen Batteriespeicher zu schaffen, durch die Strangströme mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden, wird vorgeschlagen, dass an die Kontrolleinrichtung neben einem Sensor (SHN) für einen Gesamtstrom auch ein Sensor (11) angeschlossen ist, der zum Messen eines Differenzstroms zwischen zwei Strängen (2, 3) ausgebildet ist.

Description

Kontrolleinrichtung eines Batteriespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontrolleinrichtung eines Batteriespeichers, vorzugsweise eine Kontrolleinrichtung für einen und/oder in einem Hochvolt-Batteriespeicher eines Elektrofahrzeugs .
Neben stationären Anwendungen als Notstromversorgung und Puf fer für Leistungsspitzen werden große Batteriespeicher heute regelmäßig auch in reinen und hybriden Elektrofahrzeugen ein gesetzt, also als Ersatz für einen Antrieb durch Verbrennungs kraftmaschinen. Diese Batteriespeicher enthalten als geschlos sene Einheiten neben Batteriezellen bzw. Batteriemodulen und Elementen zur Verschaltung dieser Module auch eine Vorrichtung zur Kontrolle und Steuerung von Lade- und Entladevorgängen in Form eines sog. Batteriemanagementsystems, kurz BMS. Ein Bat teriemanagementsystem BMS ermittelt anhand von Signalen der Batteriezellen und Batteriemodulen die Batteriezustände in ei ner Hochvolt-Batterie, wie Ladungszustand SOC, Innenwiderstand Ri und Alterungszustand SOH. So wird der Innenwiderstand Ri der Zellen anhand des Stroms und der Reaktion einer Zellspan nung bestimmt. Anhand des Innenwiderstands Ri kann wiederum der Alterungszustand SOH berechnet werden. Der Alterungszu stand SOC wird im Betrieb hauptsächlich durch einen Stromzäh ler bezogen auf die hinterlegte Kapazität bestimmt. Sowohl für den Innenwiderstand Ri als auch für den Alterungszustand SOC ist es somit entscheidend zu wissen, welchen Strom die Zelle sieht. Dies ist auch im Hinblick auf die Strombegrenzung und den zulässigen Strom auf Zellebene entscheidend. Bei Mehrstrangsystemen besteht die Schwierigkeit, dass dafür der Strom von jedem Strang einzeln gemessen werden müsste. Oftmals wird auch nur der Gesamtstrom gemessen, wobei dann die Annahme getroffen wird, dass jeder Strang denselben Strom sieht. Für die Einzelstrang-Strommessung von Mehrstrangsystemen kom men im Moment sowohl Shunt- als auch Hall-Sensoren zum Ein satz, die den Absolut-Strom messen. Bei einem großen Messbe reich haben beide Stromsensoren eine Messtoleranz, die im Amperbereich liegt. Bei Mehrstrangsystemen kann es aber zu Ab weichungen im Stromfluss der einzelnen Stränge kommen, also zu sog. Differenzströmen, die für eine unterschiedliche Alterung der Stränge sorgen und mit den herkömmlichen Methoden nicht erkannt werden können.
Es besteht daher für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Kontrolleinrichtung für einen Batteriespeicher zu schaf fen, durch die Strangströme mit einer hohen Genauigkeit gemes sen werden. Die Ergebnisse werden dann für eine genaue Ermitt lung der Innenwiderstände, des SOH und SOC der einzelnen Stränge verwendet. Außerdem wird in zuverlässigerer Weise si chergestellt, dass ein zulässiger Strom auf Strangebene nicht überschritten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von An spruch 1 dadurch gelöst, dass eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung eines Batteriespeichers eines Elektrofahrzeugs o.ä. vorgesehen ist, wobei an die Kontrolleinrichtung neben einem Sensor für einen Gesamtstrom auch ein Sensor angeschlossen ist, der zum Messen eines Differenzstroms zwischen zwei Strän gen dadurch ausgebildet ist, dass der weitere Sensor zur Mes sung einer Differenz eines jeweiligen Stromflusses zwischen Hoch-Volt-Verbindungen der zwei Stränge ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt also im Wesentlichen die Erkenntnis zu grunde, dass ein Stromsensor für eine Messung eines Absolut stroms einen sehr großen Messbereich haben muss, was eine zu hohe Messtoleranz mit sich bringt. Ein Differenzstrom weist jedoch schon bei vergleichsweise geringer Größe zuverlässig auf ein mögliches Problem hin. Damit muss im Fall einer Diffe renzstrommessung kein Stromsensor mit einem großen Messbereich vorgesehen sein, wodurch eine Messtoleranz eines solchen Dif ferenzstrom-Messers auch deutlich geringer ausfällt und somit insgesamt zuverlässigere Messergebnisse erzielt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Demnach ist zum Messen eines Differenzstrom flusses ein Hall-Sensor vorgesehen, an dem die Hochvolt-Lei- tungen zweier Stränge gegenläufig durch den Hall-Sensor hin durchlaufend angeordnet sind bzw. durch in den durch den Hall- Sensor verlaufenden Strängen gegenläufig orientierte Ströme nur eine Differenz zwischen fließenden Strömen in dem Hall- Sensor detektierbar ist. Diese Sensor-Art ist vorteilhafter weise prinzipiell auch dazu geeignet, neben einem Absolutwert einer Differenz durch ein Vorzeichen eines Sensor-Ausganssig- nals auch den jeweils größeren der beiden Stromflüsse anzuzei gen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Sensor für einen Gesamtstromfluss ein Mess-Shunt vorgesehen. Durch die Kombination aus Differenzstrommessung und Absolut- bzw. Gesamtstrommessung kann der jeweilige Strangstrom mög lichst exakt berechnet werden. Dadurch lässt sich auch sowohl der zulässige Absolutstrom als auch der zulässige Strangstrom besser überwachen und die Batterie bzw. die Zelle der Module kann so besser abgesichert werden.
Vorzugsweise ist ein Differenzstrom über die Lebensdauer des betreffenden Moduls aufsummierbar und in einem Speicher aus fallsicher ablegbar. Anhand des Gesamtstroms und des Diffe renzstroms werden die einzelnen Strangströme berechnet, die ebenfalls aufsummiert und ausfallsicher gespeichert werden, insbesondere in einem ERPOM. In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine zusätzliche Strombegrenzung auf Strangebene vorgesehen. Diese ist als Si cherheitsmaßnahme so aufgebaut, dass die Strangströme bei ei nem Zwei-Strang-System den halben maximal zulässigen Gesamt strom nicht überschreiten dürfen.
Eine vorstehend beschriebene Vorrichtung kann verallgemeinert und theoretisch auf Mehrstrangsysteme mit n-Strängen und dem entsprechend n-1 Hall-Sensoren ausgeweitet werden, wobei in der Praxis derzeit der Einsatz bei 2- und 3-Strangsystemen am interessantesten ist.
Die Überwachung der einzelnen Stränge ist auch wichtig, um beim Ausfall eines Strangs, z.B. durch einen internen Kurz schluss einer Zelle in einem Strang, den zulässigen Gesamt strom auf den zulässigen Strangstrom zu reduzieren. So wird sichergestellt, dass die Zellen des letzten verbliebenen stromführenden Strangs keinen zu hohen Strom sehen. Eine sonst mögliche Gefahr beispielsweise der Auslösung eines Thermal Runaway-Effektes wird damit stark gesenkt.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungs gemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungs beispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
Figur 1: einen Schaltplan eines Batteriespeichers mit einer Kontrolleinheit und einer Mehrzahl von elektrischen Speicherzellen und Sensoren und
Figur 2: einen Schaltplan zu Einbau und Verschaltung eines Hall-Sensors in einer Vorrichtung gemäß Figur 1. Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne jede Beschränkung des Einsatzfeldes wird nachfolgend nur auf einen Einsatz einer erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung eines Bat teriespeichers in einem reinen Elektro-Fahrzeug eingegangen, das selber nicht weiterdargestellt ist. Dem Fachmann ist aber ohne weiteres ersichtlich, dass erfindungsgemäße Vorrichtungen in Fahrzeugen zu Land, zu Wasser und in der Luft einsetzbar sind, aber auch sehr vorteilhaft bei stationären Energiespei chern Verwendung finden können, insbesondere in Verbindung mit Windkraft- und/oder Photovoltaik-Anlagen.
Die Skizze von Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines Batterie speichers 1 mit 16 Modulen Mod 1 bis Mod 16, die jeweils eine nicht weiter dargestellte Mehrzahl von elementaren elektri schen Speicherzellen umfassen. Für diese Speicherzellen ist jeweils ein Zellsensor-Schaltkreis esc 1 ... esc 16 in dem be treffenden Modul zur elektrischen und thermischen Überwachung vorgesehen .
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind von den besagten 16 Mo dulen in abgekürzter Art und Weise nur die Module Mod 1, Mod 8, Mod 9 und Mod 16 dargestellt worden, die zu zwei Teilsträn gen 2, 3 verschaltet sind. Der erste Teilstrang 2 umfasst eine Serien- bzw. Reihenschaltung der Module Mod 1 bis Mod 8, der zweite Teilstrang 3 eine Reihenschaltung der Module Mod 9 bis Mod 16. Der dargestellte Batteriespeicher 1 befindet sich in einem Ruhezustand, d.h. externe elektrische Anschlüsse 4 mit positiver und negativer Polarität sind durch Schütze 5, 6 und Vorladerelais 7, 8 von den Modulen beider Teilstränge 2, 3 ge trennt.
Die Module Mod 1, ..., Mod 16 sind zu zwei Teilsträngen 2, 3 mit gleicher Nennspannung verschaltet. Beide Teilstränge 2 ,3 sind hier identisch als Reihenschaltung aus acht Modulen aufgebaut. An beiden Teilsträngen 2, 3 liegt damit eine Spannung von 400V an. Sie sind an einem elektrisch positiv geladenen Ende je weils über eine Sicherung Fl, F2 mit einem Schütz 5, 6 und mit einem Vorladerelais 7, 8 verbunden. An einem elektrisch nega tiv geladenen Ende sind die Teilstränge 2, 3 als HV-Stromschie- nen nach dem Stand der Technik über Strommesswiderstände SHN1, SHN2 an einen Summenpunkt 9 angeschlossen. Ein negativ gelade ner externer Anschluss 4 des Batteriespeichers 1 ist über ein Schütz 10 ebenfalls an den Summenpunkt 9 angeschlossen.
Die Verwendung von Strommesswiderständen SHN1, SHN2 stellt eine erprobte Technik dar, die jedoch neben erhöhten Verlusten schon aufgrund eines sehr großen Messbereichs recht ungenaue Ergebnisse liefert. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Teilstränge 2, 3 statt über nur noch gestrichelt angedeu tete Strommesswiderstände SHN1, SHN2 mit in einem Betriebszu stand darin gegenläufig fließenden Teilströmen durch einen Hall-Sensor 11 geführt sind, um einen Differenzstrom zwischen den durch jeden der Teilstränge 2, 3 fließenden Teilströmen zu bestimmen. Ein Vorzeichen eines Messergebnisses des Hall-Sen sors 11 zeigt dabei an, welcher der Teilströme der jeweils größere ist. Eine entsprechende Leitung 12 bilden einen Teil eines in Strich-punktierter Linie in Figur 1 eingezeichneten analogen Kommunikations-Netzes des BMS mit dem Hall-Sensor 11 und den HV-Schützen 5, 6. Neben den Teilsträngen 2, 3 als HV-
Stromschienen-Teilen und dem analogen Kommunikations-Netz ist als dritte Art elektrischer Verbindungsleitungen noch ein Da- ten-Bus 13 in gestrichelter Linie vorgesehen. Dieser Daten-BUS 13 ist hier als reversibler ISO SPI ausgeführt, also als ein synchroner serieller Datenbus, bei dem die Datenübertragung nach dem Master-Slave-Prinzip unter Verwendung von drei Lei tungen stattfindet. Die Slaves werden immer von einem Master angewählt, die Kommunikation verläuft dabei bidirektional und somit im Voll-Duplex-Verfahren. Figur 2 zeigt einen Schaltplan zum Einbau des Hall-Sensors 11 in einer Vorrichtung gemäß Figur 1 mit internen Details. Durch den Hall-Sensor 11 hindurch werden die Teilstränge 2, 3 so hindurch geführt, dass sie in einem Betrieb des Batteriespei chers 1 zueinander gegenläufig von den Teilströmen durchflos sen werden. Damit ist in dem Hall-Sensor 11 elektromagnetisch nur eine Differenz der Stromflüsse durch die jeweiligen die Teilstränge 2, 3 messbar ist.
Eine Messung von Differenzströmen bei einer Mehrstrangbatterie der hier exemplarisch dargestellten Art kann aufgrund des ver gleichsweise geringen Messbereichs mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden. Dazu wird der Hall-Sensor 11 über die Leitung 12 auf einen analogen Eingang des BMS gelegt. Die Spannungsversorgung des Hall-Sensors 11 wird beispielsweise mit einer Versorgungsspannung: 5 V bei +/- 0,25 V und einem maximalen Stromverbrauch von 20 mA über einen analogen Ausgang der BMS sichergestellt. Diese Funktionalität für die Verwen dung des Hall-Sensors 11 ist über einen Parameter in der Kon figuration des BMS aktivierbar.
Eine Strommessung für das Gesamtsystem aus den Strängen 2, 3 läuft weiterhin über einen Shunt, hier SHN. Anhand des Gesamt stroms und des Differenzstroms werden die einzelnen Strang ströme der Stränge 2, 3 berechnet. Auf Strangebene ist eine zusätzliche Strombegrenzung eingeführt worden. Diese wird so aufgebaut, dass die Strangströme Istrang_i , Istrang_2 im vorliegen den Fall von nur zwei Strängen 2 ,3 den halben maximal zuläs sigen Gesamtstrom nicht überschreiten dürfen, d.h. I ax_strang = 1/2 Imax Ges·
Der Differenzstrom der beiden Stränge 2, 3 wird über die Ge samtlebensdauer aufsummiert und in einem EEPROM gespeichert, der in diesem Ausführungsbeispiel ohne weitere zeichnerische Darstellung Teil des BMS ist. Zusätzlich wird für jeden Strang 2, 3 der jeweilige Innenwiderstand Ri berechnet. Auf dieser Basis wird für jeden Strang ein eigener SOH berechnet.
Die Differenzstrommessung mit einem Hall-Sensor bietet bei ge ringer Anpassung der Hardware die Möglichkeit, um Ausgleichs ströme in einer Mehrstrangbatterie über deren Lebensdauer dadurch mit erhöhter Messgenauigkeit zu überwachen, dass ein nur vergleichsweise geringer Messbereich vorhanden sein muss. Dadurch wird eine Genauigkeit bei der Bestimmung des Innenwi derstands, des SOH und des SOC erhöht, da durch dieses Verfah ren ein jeweiliger Strom auf Strangebene präziser ermittelt wird. So kann auch der zulässige maximale Stromfluss auf Strangebene überwacht und ggf. beschränkt werden, um die Be triebssicherheit dieses HV-Batteriespeichers insgesamt zu er höhen. Das Alterungsverhalten der Batterie kann so besser überwacht und die wesentlichen Batteriezustände können im BMS genauer bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
1 Batteriespeicher
2 erster Teilstrang
3 zweiter Teilstrang
4 externe elektrische Anschlüsse / Pole
5 Schütz
6 Schütz
7 Vorladerelais
8 Vorladerelais
9 Summenpunkt für die Ströme der Stränge 2, 3
10 Schütz
11 Hall-Sensor
12 Leitung des analogen Kommunikations-Netzes des BMS
BMS Batteriemanagementsystem esc Zellsensor-Schaltkreis / Cell Sensor Circuit
Mod Modul des Batteriespeichers 1
Istrang_i Teilstrom durch den ersten Teilstrang Istrang_2 Teilstrom durch den zweiten Teilstrang Iges Gesamtstrom als Summe der Teilströme
SHN1 Strommesswiderstand / Shunt
SHN2 Strommesswiderstand / Shunt
SHN Strommesswiderstand für einen Gesamtstrom Fl Sicherung
F2 Sicherung

Claims

Ansprüche
1. Kontrolleinrichtung eines Batteriespeichers (1), vorzugs weise eines Elektrofahrzeugs, wobei in dem Batteriespei cher (1) Module (Mod 1,..., Mod 16) über Komponenten der Elektromechanik, z.B. in Form von Schützen, Sicherungen (Fl, F2) und Stromschienen miteinander verschaltet und mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) zur Regelung von Ladung und Entladung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kontrolleinrichtung neben einem Sensor (SHN) für einen Gesamtstrom auch ein Sensor (11) angeschlossen ist, der zum Messen eines Differenzstroms zwischen zwei Strän gen (2, 3) ausgebildet ist.
2. Kontrolleinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen einer Differenz im Stromfluss der zwei Stränge (2, 3) ein Hall-Sensor (11) vorgesehen ist, an dem die Hochvolt-Leitungen der Stränge (2, 3) gegenläufig hindurch laufend bzw. gegen läufig durch Teilströme () durchflossen angeordnet sind.
3. Kontrolleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor für einen Gesamtstromfluss ein Mess-Shunt (SHN) vorgesehen ist.
4. Kontrolleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzstrom über die Lebensdauer des betreffenden Moduls aufsummiert und in einem Speicher ausfallsicher ablegbar ist.
5. Kontrolleinrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur zu sätzlichen Strombegrenzung auf Ebene der Stränge (2, 3) vorgesehen sind.
6. Kontrolleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf Mehrstrangsysteme mit n-Strängen und n-1 Hall-Sensoren ausgeweitet einsetzbar ist.
7. Kontrolleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung in dem Batteriemanagementsystem (BMS) angeordnet und dazu ausgebildet ist, automatisch eine Differenz im Stromfluss der Zweige (2, 3) über die Lebensdauer des betreffenden Moduls aufsummiert ausfallsicher abzuspeichern.
EP22734148.4A 2021-05-31 2022-05-30 Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers Pending EP4348800A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021114071.4A DE102021114071A1 (de) 2021-05-31 2021-05-31 Kontrolleinrichtung eines Batteriespeichers
PCT/EP2022/064627 WO2022253762A1 (de) 2021-05-31 2022-05-30 Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4348800A1 true EP4348800A1 (de) 2024-04-10

Family

ID=82258210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22734148.4A Pending EP4348800A1 (de) 2021-05-31 2022-05-30 Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240266855A1 (de)
EP (1) EP4348800A1 (de)
DE (1) DE102021114071A1 (de)
WO (1) WO2022253762A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024207782A1 (de) 2024-08-15 2026-02-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines mehrsträngigen Batteriesystems mit mehreren Teilbatterien

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000207662A (ja) * 1999-01-20 2000-07-28 Canon Inc 太陽電池の発電量異常検出装置および方法並びに同装置を備えた集電箱および太陽光発電システム
JP2008292403A (ja) 2007-05-28 2008-12-04 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 組電池の異常検出方法及びその異常検出装置
US9678163B2 (en) 2011-01-18 2017-06-13 Tiax Llc Differential current monitoring for parallel-connected batteries
DE102014208680A1 (de) 2014-05-08 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung von Stromsensoren

Also Published As

Publication number Publication date
US20240266855A1 (en) 2024-08-08
DE102021114071A1 (de) 2022-12-01
WO2022253762A1 (de) 2022-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2732295B1 (de) Vorrichtung zum messen eines elektrischen stromes
EP2865068B1 (de) Batteriemanagementsystem mit erhöhter robustheit gegenüber negativen spannungen
DE102011079292A1 (de) Batteriemanagementsystem und dazugehöriges Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie mit Batteriemanagementsystem und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem
EP2794335A2 (de) Batteriesystem und verfahren
WO2015169528A1 (de) Verfahren zur überwachung von stromsensoren
DE102009028977A1 (de) Batteriesystem
DE102014201365A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Coulomb-Wirkungsgrades von Batteriemodulen
DE102013206942A1 (de) Batteriesystem mit in einem Batteriestrang angeordneten Batteriemodulen und Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Betriebsparameters eines Batteriemoduls des Batteriesystems
WO2011042243A1 (de) Batteriesystem und verfahren zum balancieren der batteriezellen eines batteriesystems
EP4348800A1 (de) Kontrolleinrichtung eines batteriespeichers
DE112005002361T5 (de) Gerät zur Erfassung eines elektrischen Verlusts und Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Verlusts für eine Brennstoffzelle
DE102012209174A1 (de) Batterie und Kraftfahrzeug mit der Batterie
DE102019200510A1 (de) Messanordnung, Hochvoltbatterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Bestimmen einer komplexen Impedanz
DE102015012415A1 (de) Vorhersage eines Spannungseinbruchs in einem Kraftfahrzeug
EP3573864A1 (de) Batterieeinheit und verfahren zum betrieb einer batterieeinheit
EP3326231B1 (de) Zelleinheit und verfahren zur bestimmung eines durch eine zelleinheit fliessenden stroms
DE102019201759A1 (de) Batterieeinheit und Verfahren zum Betrieb einer Batterieeinheit
WO2024056400A1 (de) Hochvolt-batteriesystem
DE102012220584A1 (de) Elektrisches System mit reduziertem Störmagnetfeld
DE102020117681A1 (de) Kontrolleinrichtung für einen Batteriespeicher
DE102016219452A1 (de) Batterieeinheit und Verfahren zum Betrieb einer Batterieeinheit
DE102010003216A1 (de) Erhöhung der Performance und Zuverlässigkeit von Akkumulatorsystemen
WO2018224284A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines elektrischen energiespeichersystems
DE102011081124A1 (de) Batteriemodul mit einer Batteriezustandserkennung (BZE) sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Lithium Ionen Batterie
DE102017213697B4 (de) Batteriesystem und Verfahren zum Abschalten mindestens eines Strangs von mehreren Strängen eines Batteriesystems

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231228

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)