WO2012155942A2 - Battery system for a motor vehicle - Google Patents

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WO2012155942A2
WO2012155942A2 PCT/EP2011/006276 EP2011006276W WO2012155942A2 WO 2012155942 A2 WO2012155942 A2 WO 2012155942A2 EP 2011006276 W EP2011006276 W EP 2011006276W WO 2012155942 A2 WO2012155942 A2 WO 2012155942A2
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control device
battery
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batteries
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Thomas Dörsam
Rainer Falsett
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery assembly for a motor vehicle according to the
  • the present invention relates to a method of controlling a battery assembly for a motor vehicle according to the preamble of claim 10.
  • Multi-voltage batteries are called, usually have a common ground connection for the individual batteries. There is a risk here that a direct electrical connection is established between the ground connection and one or more of the electrical connections of the batteries, and thus a
  • Short circuit occurs.
  • the battery can become very hot, which in turn can lead to damage or complete failure of the battery.
  • a temporary short circuit can occur between the individual terminals of the batteries in the event of a fault, or the current flow due to a loose contact (for example in the plug) can be changed. This can result in a parallel or serial arc forming between the respective terminals, which can also damage the battery or the environment.
  • Arc can be detected.
  • a corresponding control electronics by means which the fault detection and shutdown is realized in the event of a fault, arranged as an additional component on or in the battery assembly.
  • DE 10 2008 039 284 A1 describes a method for operating an electrical vehicle electrical system, wherein a battery unit is electrically conductively connected to one or more electrical consumers at least temporarily.
  • the battery unit has a plurality of interconnected cell strings. These cell strands are depending on the operating conditions of the vehicle or the
  • the object of the present invention is to provide a battery assembly of the type mentioned, with which the individual batteries can be operated very safe and easy.
  • a short circuit between the terminals is to capture.
  • the at least two batteries of the battery assembly which are connected in series with each other, each have a terminal for removing an electrical energy and a ground terminal.
  • the ground terminal is formed as a common ground terminal.
  • Control device which is usually present on such battery assemblies, for example, to determine the state of charge of the respective batteries based on the electrical voltage and / or the electric current used.
  • the electrical voltage and / or the electric current used are usually used to determine the state of charge of the respective batteries based on the electrical voltage and / or the electric current used.
  • the battery arrangement for each of the batteries on a separating element with which an electrical connection between the battery and at least one of the terminals in dependence on the detected by the control device short circuit is separable.
  • Such isolation or switching elements are usually present in the battery assembly to protect the batteries, for example, from a deep discharge. These disconnecting or switching elements are appropriately driven by the controller upon detection of a critical condition to disconnect the electrical connections of the battery.
  • the isolators are used to disconnect the electrical connections between the batteries and the corresponding electrical connections after detecting a short circuit.
  • the number and arrangement of the separating elements may vary depending on the design of the battery assembly and the defined Schutz Kunststofft. By using the separators there are no additional costs.
  • the short circuit can be detected with the aid of the time profile of the electrical voltage and / or the electrical current with the control device. If a short circuit occurs between one or more of the electrical connections or between one or more of the electrical connections and the ground connection, typical time profiles of the electrical voltage and the electrical current result. In this way, a short circuit can be detected particularly accurately.
  • the control device comprises a short-circuit detection device for detecting a generated by a body closure between the terminals
  • An electrical short circuit between the terminals can be caused by the fact that electrical conductors touch directly or a direct electrical connection is present. Here is a so-called body closure.
  • Control device is adapted to a short circuit resulting in a
  • Body closure between the terminals arises, for example, based on the
  • control device additionally comprises a
  • An arc detection device for detecting one by a parallel arc between two or more terminals or between one or more
  • the control device comprises an additional arc detection device with which an arc can be detected in a particularly secure and reliable manner.
  • control device additionally comprises a
  • Arc detection device for detecting a serial arc, which can be formed when a line is interrupted during a current flow.
  • the control device comprises an additional arc detection device with which an arc can be detected in a particularly secure and reliable manner
  • control device comprises a microcontroller with a recognition algorithm of a short circuit generated by a body closure and / or by an arc.
  • a recognition algorithm of a short circuit generated by a body closure and / or by an arc is preferably a corresponding recognition algorithm for detecting a short circuit or an arc.
  • Detection algorithm used with the history of the electrical current and / or the voltage at the terminals of the respective battery can be checked.
  • Such a recognition algorithm for example, on the in the
  • Short circuit especially to a driver and / or others
  • the control device is designed to communicate a detected short circuit between the terminals of the respective battery, for example via a corresponding network connection. For this purpose, for example, a corresponding warning light can be activated. It is also conceivable that an error code is provided by the control device, which can be read out with a corresponding diagnostic device.
  • the batteries of the battery arrangement are preferably lithium-ion batteries. These batteries are characterized by a high energy density and a long life. Furthermore, lithium ion batteries are usually corresponding
  • control devices and separating elements.
  • the present invention relates to a method for controlling a
  • the single drawing shows a schematic representation of a battery assembly for a motor vehicle, in which several batteries are connected in series with each other.
  • the figure shows a schematic representation of a battery assembly 10. Die
  • Battery assembly 10 includes a plurality of individual batteries 12 connected in series with each other.
  • a single battery 12 consist of several battery cells 14, which are also connected in series with each other.
  • the arrangement of a plurality of battery cells 14 is shown in the figure by the dotted line 16.
  • Each of the batteries 12 has a corresponding terminal for removal and supply of electrical energy. The one shown in the figure
  • the battery assembly 10 three terminals Ui, U 2 and U 3 to the respective batteries 12. At the terminals U 1 t U 2 and U 3 each a different voltage level can be tapped.
  • the batteries 12 are each interconnected at the common ground terminal M.
  • the ground terminal M is usually connected to the body of the motor vehicle.
  • the connections Ui, U2 and U 3 are connected to the electrical system of the motor vehicle. This is shown schematically by the brace 18 in the figure.
  • a short circuit between two or more of the terminals Ui, U 2 and U 3 may occur in an error case.
  • a short circuit between one or more of the terminals Ui, U 2 and U 3 may occur with the ground terminal M.
  • a temporary short circuit occurs between the respective terminals Ui, U 2 , U 3 and M.
  • a short circuit can occur via a direct electrical contact of the terminals U 1 t U 2 , U 3 and / or M. This can be caused by the electrical connection of the respective terminals Ui, U 2 , U 3 and / or M by an electrical conductor, such as a cable or an electrically conductive housing.
  • Short circuit or arc the battery 12 or the environment can heat up strongly, which can cause damage or complete failure of the battery 12.
  • the battery arrangement 10 comprises a control device 20 with which the electrical current and / or the electrical voltage at the terminals Ui, U 2 , U 3 and at the respective ground terminal M of the battery can be checked.
  • a control device 20 is usually present in a battery assembly 10, for example, to determine the state of charge of the battery 12.
  • Control device 20 a short circuit and / or an arc between one or more of the terminals Ui, U 2l U 3 and M are detected.
  • the time course of the electrical voltage and / or the electric current at the terminals Ui, U 2 , U 3 and at the ground terminal M can be checked.
  • a short circuit and / or an arc to be detectable as a function of the exceeding / falling below a predetermined limit value for the electrical voltage and / or the electric current.
  • the control device 20 comprises a
  • Short-circuit detection device 22 with which a short circuit, which was generated in particular by a physical connection between the terminals Ui, U 2 , U 3 and M, can be detected.
  • the control device 20 includes a
  • Arc detection device 24 with the occurrence of an arc between one or more of the terminals U 2 , U 3 and M (parallel arc) and a serial arc can be detected.
  • both the terminals U 2 , U 3 and M parallel arc
  • a serial arc can be detected.
  • Short-circuit detection device 22 and the arc detection device 24 include a corresponding microcontroller having a detection algorithm for detecting a generated by a body closure short circuit or generated by a parallel arc short circuit and a
  • Detection algorithm for detecting a serial arc includes. It is also conceivable that the corresponding recognition algorithm or the
  • Detection algorithms are operated directly on the controller 20.
  • the separating elements S 0 , Si, S 2 and S 3 can be activated by a corresponding control signal of the control device 20 be opened.
  • the separating element S 0 between the battery 12 and the ground terminal M is arranged.
  • the separating elements S ⁇ S 2 and S 3 are arranged correspondingly between the respective battery 12 and the terminals Ui, U 2 and U 3 .
  • Battery assembly 10 vary.
  • one or more of the separating elements S 0 , S 2 S 2 and / or S 3 can be opened, depending on the fault, in order to counteract damage to the batteries 12 or their components.
  • the separating elements So, S 1 , S 2 and S 3 can also be used as switching and separating elements be realized for example by appropriate semiconductor switches or transistors.

Abstract

The invention relates to a battery system (10) for a motor vehicle, comprising at least two batteries (12) which are interconnected in series and which have respective terminals (U1, U2, U3) for tapping electric energy and a connection to ground (M), and a control device (20) for detecting a voltage and/or an electric current at the terminals (U1, U2, U3, M) of the respective battery, a short-circuit between the terminals (U1, U2, U3, M) to be detected by means of the control device.

Description

Batterieanordnung für einen Kraftwagen  Battery assembly for a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für einen Kraftwagen gemäß dem The invention relates to a battery assembly for a motor vehicle according to the
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Batterieanordnung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10. In addition, the present invention relates to a method of controlling a battery assembly for a motor vehicle according to the preamble of claim 10.
In Bordnetzen von Kraftwagen werden üblicherweise elektrische Spannungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln zur Versorgung der jeweiligen Komponenten zur Verfügung gestellt. Zu diesem Zweck werden meist einzelne Batterien bereitgestellt, die in Reihe miteinander verschaltet sind. Hierbei weist jede der Batterien oder Anordnung von Batterien einen separaten Anschluss auf, an dem die benötigte elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Solche Batterieanordnungen, die auch als In on-board networks of motor vehicles electrical voltages are usually provided with different voltage levels to supply the respective components. For this purpose, individual batteries are usually provided, which are interconnected in series. Here, each of the batteries or arrangement of batteries on a separate port on which the required electrical voltage can be tapped. Such battery arrangements, also known as
Mehrspannungsbatterien bezeichnet werden, weisen üblicherweise einen gemeinsamen Masseanschluss für die einzelnen Batterien auf. Hierbei besteht die Gefahr, dass zwischen dem Massenanschluss und einem oder mehreren der elektrischen Anschlüsse der Batterien eine direkte elektrische Verbindung zustande kommt und somit ein Multi-voltage batteries are called, usually have a common ground connection for the individual batteries. There is a risk here that a direct electrical connection is established between the ground connection and one or more of the electrical connections of the batteries, and thus a
Kurzschluss entsteht. In Folge eines Kurzschlusses kann sich die Batterie sehr stark erhitzen, was wiederum zu einer Beschädigung bzw. einem kompletten Ausfall der Batterie führen kann. Ebenso kann zwischen den einzelnen Anschlüssen der Batterien im Fehlerfall ein temporärer Kurzschluss auftreten oder der Stromfluss aufgrund eines Wackelkontakts (z.B. im Stecker) verändert werden. Dies kann zur Folge haben, dass sich ein paralleler oder serieller Lichtbogen zwischen den entsprechenden Anschlüssen ausbildet, welcher ebenfalls eine Beschädigung der Batterie oder der Umgebung bewirken kann. Short circuit occurs. As a result of a short circuit, the battery can become very hot, which in turn can lead to damage or complete failure of the battery. Likewise, a temporary short circuit can occur between the individual terminals of the batteries in the event of a fault, or the current flow due to a loose contact (for example in the plug) can be changed. This can result in a parallel or serial arc forming between the respective terminals, which can also damage the battery or the environment.
Zur Erkennung eines Kurzschlusses und/oder eines Lichtbogens in einer To detect a short circuit and / or an arc in one
Batterieanordnung sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen anhand des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung oder in Abhängigkeit von dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts für den Battery arrangement, various methods are known, with which on the basis of the time course of the electric current and / or the electric voltage or in response to exceeding a predetermined limit for the
elektrischen Strom und/oder die elektrischen Spannung ein Kurzschluss oder ein electrical current and / or the electrical voltage a short circuit or a
Lichtbogen erkannt werden kann. Hierbei ist eine entsprechende Steuerelektronik, mittels welcher die Fehlererkennung und Abschaltung im Fehlerfall realisiert wird, als zusätzliche Komponente an oder in der Batterieanordnung angeordnet. Arc can be detected. Here is a corresponding control electronics, by means which the fault detection and shutdown is realized in the event of a fault, arranged as an additional component on or in the battery assembly.
Die DE 10 2008 039 284 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes, wobei eine Batterieeinheit mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern zumindest zeitweise elektrisch leitend verbunden ist. Die Batterieeinheit weist mehrere miteinander in Verbindung stehende Zellstränge auf. Diese Zellstränge werden in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Fahrzeugs oder den DE 10 2008 039 284 A1 describes a method for operating an electrical vehicle electrical system, wherein a battery unit is electrically conductively connected to one or more electrical consumers at least temporarily. The battery unit has a plurality of interconnected cell strings. These cell strands are depending on the operating conditions of the vehicle or the
Anforderungen des Fahrers geschaltet. Requirements of the driver switched.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die einzelnen Batterien besonders sicher und einfach betrieben werden können. The object of the present invention is to provide a battery assembly of the type mentioned, with which the individual batteries can be operated very safe and easy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. This object is achieved by a battery assembly with the features of claim 1 and by a method for operating a battery assembly having the features of claim 11. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
Um eine Batterieanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher die einzelnen Batterien besonders sicher betrieben werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer Steuereinrichtung zum Erfassen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms an den Anschlüssen der jeweiligen Batterien zusätzlich ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen zu erfassen ist. Die zumindest zwei Batterien der Batterieanordnung, die in Reihe miteinander verschaltet sind, weisen jeweils einen Anschluss zum Entnehmen einer elektrischen Energie und einen Masseanschluss auf. Üblicherweise ist der Masseanschluss als gemeinsamer Masseanschluss ausgebildet. Bei einer solchen Batterieanordnung kann ein Kurzschluss zwischen zwei oder mehreren der elektrischen Anschlüsse der Batterien oder zwischen einem oder mehreren der elektrischen Anschlüsse der Batterien und dem In order to provide a battery arrangement of the aforementioned type, by means of which the individual batteries can be operated particularly safely, it is inventively provided that by means of a control device for detecting an electrical voltage and / or an electric current to the terminals of the respective batteries in addition a short circuit between the terminals is to capture. The at least two batteries of the battery assembly, which are connected in series with each other, each have a terminal for removing an electrical energy and a ground terminal. Usually, the ground terminal is formed as a common ground terminal. In such a battery arrangement, a short circuit between two or more of the electrical connections of the batteries or between one or more of the electrical connections of the batteries and the
Masseanschluss auftreten. Zur Erfassung eines Kurzschlusses wird die Ground connection occur. To detect a short circuit, the
Steuereinrichtung, welche üblicherweise an solchen Batterieanordnungen vorhanden ist, um beispielsweise den Ladungszustand der jeweiligen Batterien anhand der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms zu bestimmen, verwendet. Somit müssen keine zusätzlichen Steuer- oder Überwachungseinrichtungen verwendet werden, um einen Kurzschluss zwischen den einzelnen Anschlüssen der Batterie überprüfen zu können. Aus diesem Grund können Kosten eingespart werden und der für die Control device, which is usually present on such battery assemblies, for example, to determine the state of charge of the respective batteries based on the electrical voltage and / or the electric current used. Thus, must no additional control or monitoring devices are used to check for a short between each terminal of the battery. For this reason, costs can be saved and for the
Batterieanordnung benötigte Bauraum kann verringert werden. Battery assembly required installation space can be reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Batterieanordnung für jede der Batterien ein Trennelement auf, mit dem eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie und zumindest einem der Anschlüsse in Abhängigkeit von dem durch die Steuereinrichtung erfassten Kurzschluss trennbar ist. Solche Trenn- oder Schaltelemente sind üblicherweise in der Batterieanordnung vorhanden, um die Batterien beispielsweise vor einer Tiefentladung zu schützen. Diese Trenn- oder Schaltelemente werden von der Steuereinrichtung bei der Feststellung eines kritischen Zustands entsprechend angesteuert, um die elektrischen Verbindungen der Batterie zu trennen. In diesem Fall werden die Trennelemente dazu genutzt, nach dem Erfassen eines Kurzschlusses die elektrischen Verbindungen zwischen den Batterien und den entsprechenden elektrischen Anschlüssen zu trennen. Die Anzahl und Anordnung der Trennelemente können je nach Ausführung der Batterieanordnung und dem definierten Schutzbereicht variieren. Durch die Verwendung der Trennelemente entstehen keine zusätzlichen Kosten. In an advantageous embodiment of the invention, the battery arrangement for each of the batteries on a separating element, with which an electrical connection between the battery and at least one of the terminals in dependence on the detected by the control device short circuit is separable. Such isolation or switching elements are usually present in the battery assembly to protect the batteries, for example, from a deep discharge. These disconnecting or switching elements are appropriately driven by the controller upon detection of a critical condition to disconnect the electrical connections of the battery. In this case, the isolators are used to disconnect the electrical connections between the batteries and the corresponding electrical connections after detecting a short circuit. The number and arrangement of the separating elements may vary depending on the design of the battery assembly and the defined Schutzbereicht. By using the separators there are no additional costs.
In einer Ausführungsform ist der Kurzschluss anhand des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms mit der Steuereinrichtung erfassbar. Tritt zwischen einem oder mehreren der elektrischen Anschlüsse oder zwischen einem oder mehreren der elektrischen Anschlüsse und dem Masseanschluss ein Kurzschluss auf, ergeben sich typische zeitliche Verläufe der elektrischen Spannung und des elektrischen Stroms. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss besonders exakt nachgewiesen werden. In one embodiment, the short circuit can be detected with the aid of the time profile of the electrical voltage and / or the electrical current with the control device. If a short circuit occurs between one or more of the electrical connections or between one or more of the electrical connections and the ground connection, typical time profiles of the electrical voltage and the electrical current result. In this way, a short circuit can be detected particularly accurately.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Kurzschluss in A further embodiment of the invention provides that the short circuit in
Abhängigkeit von dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts für die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom mit der Steuereinrichtung erfassbar ist. Hierbei kann ein entsprechender Grenzwert vorgegeben werden, dessen Über- oder Unterschreiten auf einen Kurzschluss schließen lässt. Somit kann auf besonders einfache Weise ein Kurzschluss zwischen den jeweiligen Anschlüssen der Batterien nachgewiesen werden. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung eine Kurzschlusserkennungseinrichtung zum Erfassen eines durch einen Körperschluss zwischen den Anschlüssen erzeugten Depending on the exceeding of a predetermined limit value for the electrical voltage and / or the electric current with the control device can be detected. In this case, a corresponding limit value can be specified, the exceeding or falling short of which suggests a short circuit. Thus, a short circuit between the respective terminals of the batteries can be detected in a particularly simple manner. Preferably, the control device comprises a short-circuit detection device for detecting a generated by a body closure between the terminals
Kurzschlusses. Ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Anschlüssen kann dadurch entstehen, dass sich elektrische Leiter direkt berühren bzw. eine direkte elektrische Verbindung vorhanden ist. Hier liegt ein so genannter Körperschluss vor. Die Short circuit. An electrical short circuit between the terminals can be caused by the fact that electrical conductors touch directly or a direct electrical connection is present. Here is a so-called body closure. The
Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, einen Kurzschluss, der in Folge eines Control device is adapted to a short circuit resulting in a
Körperschlusses zwischen den Anschlüssen entsteht, beispielsweise anhand des Body closure between the terminals arises, for example, based on the
Verlaufs des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung, an den Course of the electric current and / or the electrical voltage to the
Anschlüssen der Batterie zu erfassen. To detect connections of the battery.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung zusätzlich eine In a further embodiment, the control device additionally comprises a
Lichtbogenerkennungseinrichtung zum Erfassen eines durch einen parallelen Lichtbogen zwischen zwei oder mehreren Anschlüssen oder zwischen einem oder mehreren An arc detection device for detecting one by a parallel arc between two or more terminals or between one or more
Anschlüssen und dem Masseanschluss erzeugten Verbindung. Die Steuereinrichtung umfasst eine zusätzliche Lichtbogenerkennungseinrichtung, mit der ein Lichtbogen besonders sicher und zuverlässig erfasst werden kann. Connections and the ground connection generated connection. The control device comprises an additional arc detection device with which an arc can be detected in a particularly secure and reliable manner.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung zusätzlich eine In a further embodiment, the control device additionally comprises a
Lichtbogenerkennungseinrichtung zum Erfassen eines seriellen Lichtbogens, der sich bei einer Unterbrechung einer Leitung während eines Stromflusses ausbilden kann. Die Steuereinrichtung umfasst eine zusätzliche Lichtbogenerkennungseinrichtung, mit der ein Lichtbogen besonders sicher und zuverlässig erfasst werden kann Arc detection device for detecting a serial arc, which can be formed when a line is interrupted during a current flow. The control device comprises an additional arc detection device with which an arc can be detected in a particularly secure and reliable manner
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung einen MikroController mit einem Erkennungsalgorithmus eines durch einen Körperschluss erzeugten Kurzschlusses und/oder durch einen Lichtbogen umfasst. Zum Erkennen eines Kurzschlusses bzw. eines Lichtbogens wird bevorzugt ein entsprechender In a further embodiment of the invention, it is provided that the control device comprises a microcontroller with a recognition algorithm of a short circuit generated by a body closure and / or by an arc. For detecting a short circuit or an arc is preferably a corresponding
Erkennungsalgorithmus verwendet, mit dem der Verlauf des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung an den Anschlüssen der jeweiligen Batterie überprüft werden kann. Ein solcher Erkennungsalgorithmus kann beispielsweise auf dem in der Detection algorithm used, with the history of the electrical current and / or the voltage at the terminals of the respective battery can be checked. Such a recognition algorithm, for example, on the in the
Batterieanordnung vorhandenen Steuergerät hinterlegt sein. Ebenso ist es denkbar, dass eine zusätzliche Steuereinrichtung, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers, verwendet wird. In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Steuereinrichtung der erfasste Battery arrangement existing control unit be deposited. It is also conceivable that an additional control device, for example in the form of a microcontroller, is used. In a further embodiment, by means of the control device, the detected
Kurzschluss, insbesondere an einem Fahrzeugführer und/oder andere Short circuit, especially to a driver and / or others
Fahrzeugkomponenten kommunizierbar. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, einen erfassten Kurzschluss zwischen den Anschlüssen der jeweiligen Batterie - beispielsweise über einen entsprechenden Netzwerkanschluss - zu kommunizieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine entsprechende Warnleuchte angesteuert werden. Ebenso ist es denkbar, dass ein Fehlercode von der Steuereinrichtung bereitgestellt wird, der mit einem entsprechenden Diagnosegerät ausgelesen werden kann. Vehicle components communicable. The control device is designed to communicate a detected short circuit between the terminals of the respective battery, for example via a corresponding network connection. For this purpose, for example, a corresponding warning light can be activated. It is also conceivable that an error code is provided by the control device, which can be read out with a corresponding diagnostic device.
Bevorzugt sind die Batterien der Batterieanordnung Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer aus. Des weiteren sind an Lithium-Ionen-Batterien üblicherweise entsprechende The batteries of the battery arrangement are preferably lithium-ion batteries. These batteries are characterized by a high energy density and a long life. Furthermore, lithium ion batteries are usually corresponding
Steuereinrichtungen und Trennelemente vorgesehen. Provided control devices and separating elements.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Finally, the present invention relates to a method for controlling a
Batterieanordnung. Die im Bezug auf die erfindungsgemäße Batterieanordnung beschriebenen Weiterbildungen lassen sich entsprechend auf das Verfahren zum Steuern einer solchen Batterieanordnung übertragen. Battery array. The further developments described in relation to the battery arrangement according to the invention can be correspondingly transferred to the method for controlling such a battery arrangement.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing.
Die einzige Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung für einen Kraftwagen, bei der mehrere Batterien in Reihe miteinander verschaltet sind. The single drawing shows a schematic representation of a battery assembly for a motor vehicle, in which several batteries are connected in series with each other.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung 10. Die The figure shows a schematic representation of a battery assembly 10. Die
Batterieanordnung 10 umfasst mehrere einzelne Batterien 12, die in Reihe miteinander verschaltet sind. Dabei kann eine einzelne Batterie 12 aus mehreren Batteriezellen 14 bestehen, die ebenfalls in Reihe miteinander verschaltet sind. Die Anordnung von mehreren Batteriezellen 14 ist in der Figur durch die gepunktete Linie 16 dargestellt. Battery assembly 10 includes a plurality of individual batteries 12 connected in series with each other. In this case, a single battery 12 consist of several battery cells 14, which are also connected in series with each other. The arrangement of a plurality of battery cells 14 is shown in the figure by the dotted line 16.
Jede der Batterien 12 weist einen entsprechenden Anschluss zum Entnehmen und zuführen von elektrischer Energie auf. Die in der in der Figur dargestellte Each of the batteries 12 has a corresponding terminal for removal and supply of electrical energy. The one shown in the figure
Ausführungsform weist die Batterieanordnung 10 drei Anschlüsse Ui, U2 und U3 an den jeweiligen Batterien 12 auf. An den Anschlüssen U1 t U2 und U3 kann jeweils ein unterschiedlicher Spannungspegel abgegriffen werden. Die Batterien 12 sind jeweils an dem gemeinsamen Masseanschluss M miteinander verschaltet. Der Masseanschluss M ist üblicherweise mit der Karosserie des Kraftwagens verbunden. Die Anschlüsse Ui, U2 und U3 sind mit dem Bordnetz des Kraftwagens verbunden. Dies ist in der Figur schematisch durch die geschweifte Klammer 18 dargestellt. Embodiment, the battery assembly 10 three terminals Ui, U 2 and U 3 to the respective batteries 12. At the terminals U 1 t U 2 and U 3 each a different voltage level can be tapped. The batteries 12 are each interconnected at the common ground terminal M. The ground terminal M is usually connected to the body of the motor vehicle. The connections Ui, U2 and U 3 are connected to the electrical system of the motor vehicle. This is shown schematically by the brace 18 in the figure.
Bei einer solchen Batterieanordnung 10 kann in einem Fehlerfall ein Kurzschluss zwischen zwei oder mehreren der Anschlüsse Ui, U2 und U3 auftreten. Zudem kann ein Kurzschluss zwischen einem oder mehreren der Anschlüsse Ui, U2 und U3 mit dem Masseanschluss M auftreten. Ebenso kann zwischen den jeweiligen Anschlüssen Ui, U2, U3 und M ein temporärer Kurzschluss auftreten. Ein Kurzschluss kann über einen direkten elektrischen Kontakt der Anschlüsse U1 t U2, U3 und/oder M entstehen. Dieser kann durch die elektrische Verbindung der jeweiligen Anschlüsse Ui, U2, U3 und/oder M durch einen elektrischen Leiter, wie beispielsweise ein Kabel oder ein elektrisch leitendes Gehäuse, entstehen. Über dies kann sich zwischen den Anschlüssen Ui, U2, U3 und/oder dem Masseanschluss M ein Lichtbogen ausbilden. Ein solcher Lichtbogen kann beispielsweise in Folge eines Wackelkontakts und/oder auf Grund einer fehlerhaften elektrischen Isolierung entstehen. Ebenso kann in einem jeden Anschlusspfad ein serieller Lichtbogen in Folge eines Fehlers (z.B. Wackelkontakt im Stecker) auftreten. In Folge eines In such a battery assembly 10, a short circuit between two or more of the terminals Ui, U 2 and U 3 may occur in an error case. In addition, a short circuit between one or more of the terminals Ui, U 2 and U 3 may occur with the ground terminal M. Likewise, between the respective terminals Ui, U 2 , U 3 and M, a temporary short circuit occur. A short circuit can occur via a direct electrical contact of the terminals U 1 t U 2 , U 3 and / or M. This can be caused by the electrical connection of the respective terminals Ui, U 2 , U 3 and / or M by an electrical conductor, such as a cable or an electrically conductive housing. About this can form an arc between the terminals Ui, U 2 , U 3 and / or the ground terminal M. Such an arc may arise, for example, as a result of a loose contact and / or due to faulty electrical insulation. Likewise, a serial arc can occur in each connection path as a result of a fault (eg loose contact in the plug). As a result of a
Kurzschlusses oder eines Lichtbogens kann sich die Batterie 12 oder die Umgebung stark erhitzen, was eine Beschädigung oder zu einem kompletten Ausfall der Batterie 12 bewirken kann. Short circuit or arc, the battery 12 or the environment can heat up strongly, which can cause damage or complete failure of the battery 12.
Des Weiteren umfasst die Batterieanordnung 10 eine Steuereinrichtung 20, mit der der elektrische Strom und/oder die elektrische Spannung an den Anschlüssen Ui, U2, U3 und an dem jeweiligen Masseanschluss M der Batterie überprüft werden kann. Eine solche Steuereinrichtung 20 ist üblicherweise in einer Batterieanordnung 10 vorhanden, um beispielsweise den Ladungszustand der Batterie 12 zu bestimmen. Mit Hilfe der Furthermore, the battery arrangement 10 comprises a control device 20 with which the electrical current and / or the electrical voltage at the terminals Ui, U 2 , U 3 and at the respective ground terminal M of the battery can be checked. Such a control device 20 is usually present in a battery assembly 10, for example, to determine the state of charge of the battery 12. With the help of
Steuereinrichtung 20 kann ein Kurzschluss und/oder ein Lichtbogen zwischen einem oder mehreren der Anschlüsse Ui, U2l U3 und M erfasst werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms an den Anschlüssen Ui, U2, U3 und an dem Masseanschluss M überprüft werden. Zudem ist es denkbar, dass ein Kurzschluss und/oder ein Lichtbogen in Abhängigkeit von dem Überschreiten/Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts für die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom erfassbar ist. Zum Erfassen eines Kurzschlusses umfasst die Steuereinrichtung 20 eine Control device 20, a short circuit and / or an arc between one or more of the terminals Ui, U 2l U 3 and M are detected. For this purpose, for example, the time course of the electrical voltage and / or the electric current at the terminals Ui, U 2 , U 3 and at the ground terminal M can be checked. In addition, it is conceivable for a short circuit and / or an arc to be detectable as a function of the exceeding / falling below a predetermined limit value for the electrical voltage and / or the electric current. For detecting a short circuit, the control device 20 comprises a
Kurzschlusserkennungseinrichtung 22, mit der ein Kurzschluss, der insbesondere durch einen Körperschluss zwischen den Anschlüssen Ui, U2, U3 und M erzeugt wurde, erfasst werden kann. Über dies umfasst die Steuereinrichtung 20 eine Short-circuit detection device 22, with which a short circuit, which was generated in particular by a physical connection between the terminals Ui, U 2 , U 3 and M, can be detected. About this, the control device 20 includes a
Lichtbogenerkennungseinrichtung 24, mit der ein Auftreten eines Lichtbogens zwischen einem oder mehrerer der Anschlüsse U2, U3 und M (paralleler Lichtbogen) sowie ein serieller Lichtbogen erfasst werden kann. Zu diesem Zweck kann sowohl die Arc detection device 24, with the occurrence of an arc between one or more of the terminals U 2 , U 3 and M (parallel arc) and a serial arc can be detected. For this purpose, both the
Kurzschlusserkennungseinrichtung 22 als auch die Lichtbogenerkennungseinrichtung 24 einen entsprechenden Mikrocontroller umfassen, der einen Erkennungsalgorithmus zum Erkennen eines durch einen Körperschluss erzeugten Kurzschluss bzw. eines durch einen parallelen Lichtbogen erzeugten Kurzschlusses sowie einen Short-circuit detection device 22 and the arc detection device 24 include a corresponding microcontroller having a detection algorithm for detecting a generated by a body closure short circuit or generated by a parallel arc short circuit and a
Erkennungsalgorithmus zum Erkennen eines seriellen Lichtbogens umfasst. Ebenso ist es denkbar, dass der entsprechende Erkennungsalgorithmus bzw. die Detection algorithm for detecting a serial arc includes. It is also conceivable that the corresponding recognition algorithm or the
Erkennungsalgorithmen direkt auf der Steuereinrichtung 20 betrieben werden. Detection algorithms are operated directly on the controller 20.
Wird nun durch die Steuereinrichtung 20 ein Kurzschluss und/oder ein Lichtbogen zwischen einem oder mehreren der Anschlüsse Ui, U2, U3 und M festgestellt, so können durch ein entsprechendes Steuersignal der Steuereinrichtung 20 die Trennelemente S0, Si, S2 und S3 geöffnet werden. Hierbei ist das Trennelement S0 zwischen der Batterie 12 und dem Masseanschluss M angeordnet. Die Trennelemente S^ S2 und S3 sind entsprechend zwischen der jeweiligen Batterie 12 und den Anschlüssen Ui, U2 und U3 angeordnet. Durch diese Anordnung der Trennelemente S0, S1, S2und S3sind alle Anschlüsse der Batterien 12 gegen einen Kurzschluss abgesichert. Ebenso können die Anzahl und die Lage der Trennelemente S0, S^ S2, S3 je nach Ausführung der If a short-circuit and / or an arc between one or more of the terminals Ui, U 2 , U3 and M is detected by the control device 20, then the separating elements S 0 , Si, S 2 and S 3 can be activated by a corresponding control signal of the control device 20 be opened. Here, the separating element S 0 between the battery 12 and the ground terminal M is arranged. The separating elements S ^ S 2 and S 3 are arranged correspondingly between the respective battery 12 and the terminals Ui, U 2 and U 3 . By this arrangement of the separating elements S 0 , S 1 , S 2 and S 3 , all terminals of the batteries 12 are protected against a short circuit. Likewise, the number and the position of the separating elements S 0 , S ^ S 2 , S 3 depending on the design of the
Batterieanordnung 10 variieren. In der Batterieanordnung 10 können -je nach Fehlerfall - ein oder mehrere der Trennelemente S0, S^ S2 und/oder S3 geöffnet werden, um einer Beschädigung der Batterien 12 oder deren Komponenten entgegenzuwirken. Die Trennelemente So, S1, S2 und S3 können auch als Schalt- und Trennelemente beispielsweise durch entsprechende Halbleiterschalter oder Transistoren realisiert werden. Battery assembly 10 vary. In the battery assembly 10, one or more of the separating elements S 0 , S 2 S 2 and / or S 3 can be opened, depending on the fault, in order to counteract damage to the batteries 12 or their components. The separating elements So, S 1 , S 2 and S 3 can also be used as switching and separating elements be realized for example by appropriate semiconductor switches or transistors.

Claims

Patentansprüche claims
1. Batterieanordnung (10) für einen Kraftwagen mit zumindest zwei Batterien (12), die in Reihe miteinander verschaltet sind und jeweils einen Anschluss (Ui, U2, U3) zum Entnehmen einer elektrischen Energie und einen Masseanschluss (M) aufweisen, und mit einer Steuereinrichtung (20) zum Erfassen einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms an den Anschlüssen (Ui, U2, U3, M) der jeweiligen Batterie, 1. Battery arrangement (10) for a motor vehicle with at least two batteries (12), which are connected in series with each other and each having a terminal (Ui, U 2 , U3) for removing an electrical energy and a ground terminal (M), and with a control device (20) for detecting an electrical voltage and / or an electrical current at the terminals (Ui, U2, U 3 , M) of the respective battery,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
mittels der Steuereinrichtung ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen (Ui, U2, U3, M) zu erfassen ist. a short circuit between the terminals (Ui, U 2 , U 3 , M) is to be detected by means of the control device.
2. Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1 , 2. Battery arrangement (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Batterieanordnung (10) für jede der Batterien (12) ein Trennelement (S0, S1, S2, S3) aufweist, mit dem eine elektrische Verbindung zwischen der Batterien (12) und zumindest einem der Anschlüsse (Ui, U2, U3, M) in Abhängigkeit von dem durch die Steuereinrichtung (20) erfassten Kurzschluss trennbar ist. the battery arrangement (10) has a separating element (S 0 , S1, S 2 , S 3 ) for each of the batteries (12), with which an electrical connection between the batteries (12) and at least one of the connections (Ui, U 2 , U 3 , M) can be separated as a function of the short circuit detected by the control device (20).
3. Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Battery assembly (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Kurzschluss anhand des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms mit der Steuereinrichtung (20) erfassbar ist.  the short circuit on the basis of the time profile of the electrical voltage and / or the electric current with the control device (20) can be detected.
4. Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, 4. Battery arrangement (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Kurzschluss in Abhängigkeit von dem Über-/Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts für die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom mit der Steuereinrichtung (20) erfassbar ist. the short circuit can be detected by the control device (20) as a function of the exceeding or falling below a predetermined limit value for the electrical voltage and / or the electric current.
5. Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Steuereinrichtung (20) eine Kurzschlusserkennungseinrichtung (22) zum Erfassen eines durch eine Verbindung zwischen den Anschlüssen (Ui, U2, U3, M) erzeugten Kurzschlusses umfasst. the control device (20) comprises a short circuit detection device (22) for detecting a short circuit generated by a connection between the terminals (Ui, U 2 , U3, M).
6. Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Battery arrangement (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Steuereinrichtung (20) eine Lichtbogenerkennungseinrichtung (24) zum  the control device (20) has an arc detection device (24) for
Erfassen eines seriellen Lichtbogens umfasst.  Detecting a serial arc includes.
7. Batterieanordnung (10) nach Anspruch 5 oder 6 7. Battery arrangement (10) according to claim 5 or 6
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Steuereinrichtung (20) einen Mikrocontroller mit einem Erkennungsalgorithmus zum Erkennen eines durch einen Körperschluss erzeugten Kurzschlusses und/oder eines durch einen Lichtbogen erzeugten Kurzschlusses umfasst.  the control device (20) comprises a microcontroller with a recognition algorithm for detecting a short circuit generated by a body closure and / or a short circuit generated by an arc.
8. Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8. Battery assembly (10) according to any one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
mittels der Steuereinrichtung (20) der erfasste Kurzschluss, insbesondere an einen Fahrzeugführer oder technische Systeme, kommunizierbar ist.  by means of the control device (20) of the detected short circuit, in particular to a driver or technical systems, communicable.
9. Batterieanordnung ( 0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9. battery assembly (0) according to any one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Batterien (12) Lithium-Ionen-Batterien sind.  the batteries (12) are lithium-ion batteries.
10. Verfahren zum Steuern einer Batterieanordnung (10) für einen Kraftwagen, welche zumindest zwei in Reihe miteinander verschaltete Batterien (12) umfasst, von welchen jede einen Anschluss (L^, U2, U3) zum Entnehmen einer elektrischen Energie und einen Masseanschluss (M) aufweist, wobei eine elektrische Spannung und/oder ein elektrischer Strom an den Anschlüssen (O U2, U3, M) der jeweiligen Batterie (12) mittels einer Steuerungseinrichtung (20) erfasst wird, A method of controlling a battery assembly (10) for a motor vehicle, comprising at least two batteries (12) connected in series with each other, each of which has a terminal (L ^, U 2 , U 3 ) for extracting electrical energy and a ground terminal (M), wherein an electrical voltage and / or an electric current at the terminals (OU 2 , U 3 , M) of the respective battery (12) is detected by means of a control device (20),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen (U1, U2, U3, M) oder ein serieller Lichtbogen an den Anschlüssen (Ui, U2, U3, M) erfasst wird. a short circuit between the terminals (U1, U 2 , U 3 , M) or a serial arc at the terminals (Ui, U 2 , U 3 , M) is detected.
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