WO2019007879A1 - Mastersteuergerät für ein batteriesystem - Google Patents

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WO2019007879A1
WO2019007879A1 PCT/EP2018/067764 EP2018067764W WO2019007879A1 WO 2019007879 A1 WO2019007879 A1 WO 2019007879A1 EP 2018067764 W EP2018067764 W EP 2018067764W WO 2019007879 A1 WO2019007879 A1 WO 2019007879A1
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batteries
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master control
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Jan Salziger
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a master control device for a battery system.
  • Document DE 102012000585 A1 describes a battery assembly for a motor vehicle having a plurality of battery modules, each one
  • Battery module is coupled to a respective control unit and between each adjacent battery modules a high-voltage line to the electric
  • control units are each designed to exchange data via the high-voltage line.
  • Document DE 102014200111 A1 describes a battery management system for monitoring and regulating the operation of a rechargeable battery comprising a plurality of batteries, comprising a control unit
  • a plurality of at least one battery cell to be assigned each cell monitoring units and a communication system for transmitting and receiving data includes.
  • the object of the invention is to connect batteries with different voltage values to a high current bus.
  • a battery system has several batteries connected to a CAN bus
  • the several batteries each include one Battery management system, wherein the battery management system each has at least one master component that can act as a master control unit. According to the invention, one of the master components is intended to function as a central master control unit.
  • Master controller takes over a communication between a
  • Vehicle control unit the multiple batteries and a high current bus.
  • the advantage here is that the different batteries are displayed relative to the vehicle control unit as a large battery, whereby the battery system does not have to be designed specifically for the interconnection of different batteries.
  • the multiple batteries have different
  • the advantage here is that no separate matching circuit for connecting the batteries is needed on the high current bus.
  • that battery performs the function of the central master control unit, which is physically connected as the first to the Can bus.
  • the voltage value of the battery the
  • the battery which performs the function of the central master control unit is not set up to switch on the high current bus.
  • the advantage here is that even batteries that are not able to switch to the high current bus due to a restriction, can still take over the communication between the vehicle control unit, the multiple batteries and the high current bus.
  • the central master control unit is set up to switch the several batteries to the high current bus.
  • An electric vehicle includes a battery system as described above.
  • the electric vehicle is an electric two-wheeled vehicle, in particular a scooter.
  • FIG. 1 shows a battery system with two consumers
  • Figure 2 shows a detail of the battery system of Figure 1
  • FIG. 3 shows a method for connecting a battery to a
  • Hochstrombus. 1 shows a battery system 100, a vehicle control unit 101, a Can
  • the Battery system 100 includes a plurality of batteries 103, 104, 105, and 106. There are exemplarily four batteries 103, 104, 105, and 106 here shown.
  • the batteries 103, 104, 105 and 106 and the consumers 107 and 108 are physically connected to the vehicle control unit 101 via the Can bus 102.
  • All Can signals can be sent to all connected batteries 103, 104, 105 and 106 and consumers 107 and 108.
  • the batteries 103, 104, 105 and 106 are connected by means of relays 110, 111, 112 and 113 and / or Vorladescrien with the high-current bus 109.
  • Vorladescen are each connected in parallel to the individual relays 110, 111, 112 and 113.
  • the precharge circuits each include one
  • High current bus in particular has a voltage of 48 V.
  • regenerative components such as generators can also be connected.
  • FIG. 2 shows a battery system 200 and a vehicle control unit 201.
  • the battery system 200 has a section of the vehicle
  • Battery system 100 of Figure 1 with three batteries 203, 204 and 205.
  • the Can bus and the high current bus of Figure 1 are not shown, but in
  • Battery system 200 available. Each battery 203, 204 and 205 each has a battery management system. Each battery management system includes slave components 215, 216 and 217 that perform slave functions.
  • the term slave functions are understood here as functions that determine the battery parameters of the respective battery, for example
  • Each battery management system additionally has master components 214 that can execute or execute master functions.
  • Master control unit for the high current bus It is thus a central master control unit that is temporarily activated or virtual.
  • Execution of the master function or master functions can be activated in each battery 203, 204 and 205, but not simultaneously.
  • the role of the temporary master controller is preferably taken from the battery, which is temporally first available on the Can bus.
  • the role of the master controller is merely the connection of the battery to the CAN bus dependent. Thus, even empty batteries or a battery that is unable to supply or remove power from the high current bus due to limitations may take on the role of master controller.
  • the vehicle control unit 201 only communicates with the temporary master controller.
  • the temporary master control unit communicates with all the batteries connected to the Can bus 203, 204 and 205 and other consumers, such as electric motor or charger. All slave components of batteries 203, 204 and 205 communicate directly with the temporary master controller. In other words, the vehicle control unit 201 does not need to communicate directly with the individual batteries 203, 204 and 205 during operation. If additional consumers are present, the task of the temporary master control device can also be taken over by the control devices of the further consumers.
  • the role of the temporary master control unit can be taken over by any other battery or any other control unit connected to the CAN bus, eg. B. also from the control units of the consumer.
  • the slave components and the master components can be implemented as software.
  • the temporary master control unit takes over various tasks in the battery system, for example, the Zuschaltkegabe the batteries 203, 204 and 205, the high current bus or the determination of the permissible total current.
  • the temporary master control unit acts as a central master battery management system of different batteries and represents the different batteries compared to the vehicle control unit 201 as a single battery.
  • the battery system 200 thus does not need to be designed specifically for the interconnection of different batteries.
  • the temporary master control unit acquires the currents that are permissible at the current time and determines the permissible total current.
  • FIG. 3 shows a method 300 for connecting a battery to a battery
  • Voltage values of the batteries arranged or connected to a CAN bus are detected by a temporary master control unit.
  • the slave components of each battery management system send the
  • the operating mode of each battery connected to the CAN bus is determined by the temporary master controller.
  • the operating mode or state or use “unloading" can be advantageously transmitted from the vehicle system to the battery system by the state "ignition key turned” is detected.
  • the operating mode or the state or use “charging” can be determined by connecting the system to a charger, Charging or discharging can in principle also take place in the other operating states, however, the corresponding connection is advantageous on the basis of the pending use
  • the states of all relays are detected by the temporary master control unit in a following step 315.
  • the operating mode is evaluated in a following step 320. If the operating mode is "unloading", the relay position of the individual batteries is evaluated in a following step 325. Are all relays open, d. H. there is still no battery connected to the high current bus, so in a following step 330, a first battery, in particular via a precharge circuit, connected to the high current bus. It is the battery that is the largest
  • first battery is understood to mean the battery which, in terms of time, is the first to be connected to the high-current bus controllable current source, a series connection of a resistor and a controllable switch, or other suitable methods to charge a capacitor to a defined voltage which are connected in parallel with the relay of the zuzulitden battery.
  • the temporally first battery which is switched to the high current bus, is switched to the high current bus via a precharge circuit, since the high current bus usually comprises high capacities.
  • the precharge circuit charges the capacities of the battery to be connected, so that the voltage value of the
  • zuzureteden battery and the high current bus is smaller than a suitable limit for the components. This can e.g. at 1V. If this is the case, in a following step 340, the relay of the zuzugateden battery is closed, whereby the Vorladescnies is bridged. The battery system now supplies power that can be taken by the consumer. This reduces the state of charge of the first battery, d. H. the voltage of the first battery decreases.
  • step 345 in which with the help of the temporary master control device in each case a voltage difference between each not yet switched battery, ie each switchable battery, and the high current bus is determined.
  • Each switchable battery sends its voltage value by means of a slave component to the temporary master control unit.
  • the charge state difference of the first battery already connected to the high current bus or the already connected batteries and the switchable batteries is determined.
  • step 350 the battery is determined, which is temporally switched as next battery to the high current bus. In this case, that battery is selected which has the lowest voltage difference to
  • the total current is determined in the already switched on the high-current bus batteries.
  • a following step 360 it is checked whether the voltage difference of the battery to be connected to the high current bus is less than 1 volt and whether the state of charge difference to the already switched batteries is less than a certain percentage, this can e.g. 5%, and the amount of total current is less than the product of 10 amperes times the number of batteries already connected. If this is the case, then in a following step 365, the zuzuthrotride battery is switched to the high current bus.
  • a change-over-request command is sent to the can bus in a subsequent step 370.
  • This command involves lowering the total current
  • a predefined threshold value for example 10A times the number of batteries connected in. If so, in a following step 380 the battery to be connected can be switched to the
  • step 385 the lowering of the total current is ended.
  • step 345 if not all batteries are switched on. In the "Discharge" operating mode, all batteries that have not yet been switched on can therefore be low in the order of high voltage value
  • Voltage value can be switched on.
  • step 390 If the operating mode is "load”, it is checked whether all relays are open in step 390 following step 320. If this is the case, then in a following step 395 the first battery is switched to the high current bus via a precharge circuit In a following step 400, it is checked whether the voltage difference between the high current bus and the battery to be connected is smaller than 1 V. If this is the case, in a following step 405 the relay becomes The first battery is closed and the first battery is thus directly connected to the high current bus
  • Chargers can supply power. This will increase the state of charge and the voltage or voltage level of the battery.
  • step 410 in which in each case the voltage difference between each not yet connected battery, d. H. each switchable battery and the high current bus is determined.
  • step 415 the battery to be connected is determined. In this case, the battery which has the lowest value is selected
  • the total current is determined in the already switched on the high current bus batteries.
  • a change-over-request command is sent to the can bus
  • the command comprises lowering the total current through the vehicle controller, thereby avoiding high currents, and in a following step 440, it is detected whether the total current is one
  • the battery to be connected can be switched to the high-current bus in a following step 445.
  • the reduction of the total current is terminated by the total allowable current of the system again fully based on the permissible currents of the batteries connected to the
  • Vehicle control unit is communicated.
  • Voltage value can be switched on.
  • the temporary master control unit for precharging the high-current bus or its intermediate circuit may also use a plurality of the batteries not yet switched on by the precharging circuits of the individual batteries not yet
  • the first battery which plays the role of the battery to be connected, is the battery which is the lowest
  • the virtual master controller can now use the
  • the temporary master controller can determine another battery for pre-charging.
  • the selected precharge circuit can not regulate the high current bus to the same voltage level. This is because each precharge circuit is current limiting because the precharge circuit acts like a voltage divider with the already connected load. To increase the precharge current, the temporary master controller may precharge several precharge circuits of different batteries. This reduces the voltage difference between the zuzureteden battery and the high-current bus.

Abstract

Batteriesystem (100) mit mehreren Batterien (103, 104, 105, 106), die an einen Can-Bus angeschlossen sind, wobei die mehreren Batterien (103, 104, 105, 106) jeweils ein Batteriemanagementsystem umfassen, wobei das Batteriemanagementsystem jeweils mindestens eine Masterkomponente (214) aufweist, die als Mastersteuergerät fungieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Masterkomponenten dazu bestimmt wird als zentrales Mastersteuergerät zu fungieren, wobei das zentrale Mastersteuergerät eine Kommunikation zwischen einer Fahrzeugsteuereinheit, den mehreren Batterien und einem Hochstrombus übernimmt.

Description

Beschreibung
Mastersteuergerät für ein Batteriesystem Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Mastersteuergerät für ein Batteriesystem.
Das Dokument DE 102012000585 AI beschreibt eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen, wobei jedes
Batteriemodul mit einer jeweiligen Steuereinheit gekoppelt ist und zwischen jeweils benachbarten Batteriemodulen eine Hochvoltleitung zum elektrisch
Koppeln bereitgestellt wird, wobei die Steuereinheiten jeweils dazu ausgebildet sind Daten über die Hochvoltleitung auszutauschen.
Das Dokument DE 102014200111 AI beschreibt ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batterien umfassenden Batterie, die eine Steuergeräteeinheit, eine
Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer
Verbrauchereinrichtung, eine Mehrzahl von jeweils wenigstens einer Batteriezelle zuzuordnenden Zellüberwachungseinheiten und ein Kommunikationssystem zum Senden und Empfangen von Daten umfasst.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Batterien mit verschiedenen Spannungswerten an einen Hochstrombus anzuschließen.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriesystem weist mehrere Batterien auf, die an einen Can-Bus
angeschlossen sind. Die mehreren Batterien umfassen jeweils ein Batteriemanagementsystem, wobei das Batteriemanagementsystem jeweils mindestens eine Masterkomponente aufweist, die als Mastersteuergerät fungieren kann. Erfindungsgemäß wird eine der Masterkomponenten dazu bestimmt als zentrales Mastersteuergerät zu fungieren. Das zentrale
Mastersteuergerät übernimmt eine Kommunikation zwischen einer
Fahrzeugsteuereinheit, den mehreren Batterien und einem Hochstrombus.
Der Vorteil ist hierbei, dass die verschiedenen Batterien gegenüber der Fahrzeugsteuereinheit als eine große Batterie dargestellt werden, wodurch das Batteriesystem nicht speziell für das Zusammenschalten unterschiedlicher Batterien ausgelegt werden muss.
In einer Weiterbildung weisen die mehreren Batterien unterschiedliche
Spannungswerte auf.
Vorteilhaft ist hierbei, dass keine gesonderte Anpassungsschaltung zur Aufschaltung der Batterien auf den Hochstrombus benötigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung führt diejenige Batterie die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts aus, die physikalisch als erste an den Can-Bus angeschlossen ist.
Der Vorteil ist hierbei, dass die Anordnung einfach ist.
In einer Weiterbildung beträgt der Spannungswert der Batterie, die
die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts ausführt, annähernd 0 V.
Vorteilhaft ist hierbei, dass auch leere Batterien die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts übernehmen können.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Batterie, die die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts ausführt, nicht eingerichtet auf den Hochstrombus zuzuschalten. Der Vorteil ist hierbei, dass auch Batterien, die aufgrund einer Einschränkung nicht in der Lage sind selbst auf den Hochstrombus zu schalten, trotzdem die Kommunikation zwischen Fahrzeugsteuereinheit, den mehreren Batterien und dem Hochstrombus übernehmen können.
In einer Weiterbildung ist das zentrale Mastersteuergerät dazu eingerichtet ist, die mehreren Batterien auf den Hochstrombus zu schalten.
Vorteilhaft ist hierbei, dass das Datenaufkommen auf dem Can-Bus gering ist.
Ein elektrisches Fahrzeug umfasst ein oben beschriebenes Batteriesystem. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das elektrische Fahrzeug ein elektrisches Zweirad, insbesondere ein Roller. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Batteriesystem mit zwei Verbrauchern, Figur 2 einen Ausschnitt des Batteriesystems aus Figur 1, und
Figur 3 ein Verfahren zum Zuschalten einer Batterie auf einen
Hochstrombus. Figur 1 zeigt ein Batteriesystem 100, eine Fahrzeugsteuereinheit 101, einen Can-
Bus 102, einen Hochstrombus 109 und beispielhaft zwei Verbraucher, einen Motor 107 und ein Ladegerät 108. Der bedeutet der Can Bus 102 sowie der Hochstrombus 109 sind Teile des Fahrzeugsystems und mit dem Batteriesystem 100 verbunden. Das Batteriesystem 100 umfasst mehrere Batterien 103, 104, 105 und 106. Es sind hier beispielhaft vier Batterien 103, 104, 105 und 106 gezeigt. Die Batterien 103, 104, 105 und 106 und die Verbraucher 107 und 108 sind über den Can-Bus 102 mit der Fahrzeugsteuereinheit 101 physikalisch verbunden. Somit können alle Can-Signale an alle angeschlossenen Batterien 103, 104, 105 und 106 und Verbraucher 107 und 108 gesendet werden. Die Batterien 103, 104, 105 und 106 sind mittels Relais 110, 111, 112 und 113 und/ oder Vorladeschaltung mit dem Hochstrombus 109 verbindbar. Die
Vorladeschaltungen sind dabei jeweils parallel zu den einzelnen Relais 110, 111, 112 und 113 geschaltet. Die Vorladeschaltungen umfassen jeweils eine
Reihenschaltung eines Schalter und eines Vorladewiderstands. Der
Hochstrombus weist insbesondere eine Spannung von 48 V auf. An den Can- Bus 102 und/ oder den Hochstrombus 109 können weitere Verbraucher angeschlossen werden. Zusätzlich können auch rückspeisende Komponenten wie Generatoren angeschlossen werden.
Figur 2 zeigt ein Batteriesystem 200 und eine Fahrzeugsteuereinheit 201. Bei dem Batteriesystem 200 habdelt es sich um einen Ausschnitt des
Batteriesystems 100 aus Figur 1 mit drei Batterien 203, 204 und 205. Der Can- Bus und der Hochstrombus aus Figur 1 sind nicht gezeigt, jedoch im
Batteriesystem 200 vorhanden. Jede Batterie 203, 204 und 205 weist jeweils ein Batteriemanagementsystem auf. Jedes Batteriemanagementsystem umfasst Slave-Komponenten 215, 216 und 217, die Slave-Funktionen ausführen. Unter dem Begriff Slave-Funktionen werden hier Funktionen verstanden, die die Batterieparameter der jeweiligen Batterie bestimmen, beispielsweise
Ladezustand, Alterungszustand, Innenwiderstand und aktuell nutzbare Kapazität. Jedes Batteriemanagementsystem weist zusätzlich Master- Komponenten 214 auf, die Master-Funktionen ausführen bzw. ausführen können. Führt ein
Batteriemanagementsystem eine Master-Funktion aus, so übernimmt dieses Batteriemanagementsystem 215, 216 und 217 die Aufgaben eines
Mastersteuergeräts für den Hochstrombus. Es handelt sich somit um ein zentrales Mastersteuergerät, das temporär aktiviert bzw. virtuell ist. Die
Ausführung der Masterfunktion bzw. Masterfunktionen ist in jeder Batterie 203, 204 und 205 aktivierbar, jedoch nicht gleichzeitig. Die Rolle des temporären Mastersteuergeräts wird vorzugsweise von der Batterie übernommen, die zeitlich gesehen zuerst am Can-Bus verfügbar ist. Mit anderen Worten, die Rolle des Mastersteuergeräts ist lediglich von der Anbindung der Batterie an den Can-Bus abhängig. Somit können auch leere Batterien oder eine Batterie, die aufgrund von Einschränkungen nicht in der Lage ist, Strom in den Hochstrombus zu liefern oder daraus abzunehmen, die Rolle des Mastersteuergeräts übernehmen.
Das bedeutet während des Betriebs des Batteriesystems 200 kommuniziert die Fahrzeugsteuereinheit 201 lediglich mit dem temporären Mastersteuergerät. Das temporäre Mastersteuergerät kommuniziert mit allen an den Can-Bus angeschlossenen Batterien 203, 204 und 205 und weiteren Verbrauchern, beispielsweise E-Motor oder Ladegerät. Alle Slave-Komponenten der Batterien 203, 204 und 205 kommunizieren direkt mit dem temporären Mastersteuergerät. Mit anderen Worten die Fahrzeugsteuereinheit 201 muss im Betrieb nicht direkt mit den einzelnen Batterien 203, 204 und 205 kommunizieren. Sind weitere Verbraucher vorhanden, kann die Aufgabe des temporären Mastersteuergeräts auch von den Steuergeräten der weiteren Verbraucher übernommen werden.
Fällt das temporäre Mastersteuergerät im Betrieb des Batteriesystems aus, so kann die Rolle des temporären Mastersteuergerätes von jeder anderen Batterie oder jedem anderen am Can-Bus angeschlossenen Steuergerät übernommen werden, z. B. auch von den Steuergeräten der Verbraucher.
Die Slave-Komponenten und die Master- Komponenten können als Software ausgeführt sein.
Das temporäre Mastersteuergerät übernimmt im Batteriesystem verschiedene Aufgaben, beispielsweise die Zuschaltfreigabe der Batterien 203, 204 und 205 den Hochstrombus oder die Bestimmung des zulässigen Gesamtstroms.
Bei der Zuschaltfreigabe fungiert das temporäre Mastersteuergerät dabei als zentrales Masterbatteriemanagementsystem verschiedener Batterien und stellt die verschiedenen Batterien gegenüber der Fahrzeugsteuereinheit 201 als eine einzige Batterie dar. Das Batteriesystem 200 muss somit nicht speziell für das Zusammenschalten unterschiedlicher Batterien ausgelegt werden. Bei der Bestimmung bzw. Vorhersage des zulässigen Gesamtstroms erfasst das temporäre Mastersteuergerät die zum aktuellen Zeitpunkt zulässigen Ströme und ermittelt daraus den zulässigen Gesamtstrom.
Figur 3 zeigt ein Verfahren 300 zum Zuschalten einer Batterie auf einen
Hochstrombus. Das Verfahren startet mit einem Schritt 305, in dem
Spannungswerte der an einem Can-Bus angeordneten bzw. angeschlossenen Batterien von einem temporären Mastersteuergerät erfasst werden. Dazu senden die Slave-Komponenten eines jeden Batteriemanagementsystems den
Spannungswert der jeweiligen bzw. eigenen Batterie an das temporäre
Mastersteuergerät. In einem folgenden Schritt 310 wird der Betriebsmodus jeder an den Can-Bus angeschlossenen Batterie vom temporären Mastersteuergerät bestimmt. Dabei wird zwischen den beiden Betriebsmodi„Entladen" und„Laden" unterschieden. Ist der Spannungswert der einzelnen Batterie höher als ein vorgegebener Schwellenwert, so ist der Betriebsmodus der jeweiligen Batterie „Entladen". Ist der Spannungswert der einzelnen Batterie geringer als der vorgegebene Schwellenwert, so ist der Betriebsmodus der jeweiligen Batterie „Laden". Der Betriebsmodus bzw. Zustand bzw. Nutzung„Entladen" kann vorteilhafterweise dadurch vom Fahrzeugsystem an das Batteriesystem übermittelt werden, indem der Zustand„Zündschlüssel gedreht" erkannt wird. Der Betriebsmodus bzw. Zustand bzw. Nutzung„Laden" kann dadurch bestimmt werden, dass das System an ein Ladegerät angeschlossen wird. Grundsätzlich kann auch Laden oder Entladen in den jeweils anderen Betriebszuständen erfolgen, vorteilhaft ist jedoch die entsprechende Zuschaltung anhand der anstehenden Nutzung. In einem folgenden Schritt 315 werden die Zustände aller Relais vom temporären Mastersteuergerät erfasst. In einem folgenden Schritt 320 wird der Betriebsmodus ausgewertet. Ist der Betriebsmodus„Entladen", so wird in einem folgenden Schritt 325 die Relaisstellung der einzelnen Batterien ausgewertet. Sind alle Relais geöffnet, d. h. es ist noch keine Batterie auf den Hochstrombus geschaltet, so wird in einem folgenden Schritt 330 eine erste Batterie, insbesondere über eine Vorladeschaltung, auf den Hochstrombus geschaltet. Es handelt sich dabei um die Batterie, die den größten
Spannungswert aufweist. Unter dem Begriff„erste Batterie" wird diejenige Batterie verstanden, die zeitlich gesehen als erste auf den Hochstrombus zuzuschalten ist. Die Vorladeschaltung umfasst dabei eine elektronisch steuerbare Stromquelle, eine Reihenschaltung eines Widerstands und eines steuerbaren Schalters, oder anderer geeignete Methoden eine Kapazität auf eine definierte Spannung aufzuladen die parallel zu dem Relais der zuzuschaltenden Batterie geschaltet sind. Mit anderen Worten, die zeitlich gesehen erste Batterie, die auf den Hochstrombus geschaltet wird, wird über eine Vorladeschaltung auf den Hochstrombus geschaltet, da der Hochstrombus üblicherweise hohe Kapazitäten umfasst. Durch die Vorladeschaltung werden die Kapazitäten aus der zuzuschaltenden Batterie geladen, sodass der Spannungswert des
Hochstrombusses auf den gleichen Spannungswert gebracht wird wie die zuzuschaltende Batterie. Somit werden bei der Zuschaltung der Batterie hohe Spannungsdifferenzen zum Hochstrombus vermieden. Des Weiteren werden hohe Aufladeströme der Hochstrombuskapazität vermieden, wodurch eine Zerstörung der Komponenten, z.B. Kondensator und Relais, verhindert wird und eine Alterung der Komponenten nicht beschleunigt wird. In einem folgenden Schritt 335 wird geprüft, ob die Spannungsdifferenz zwischen der
zuzuschaltenden Batterie und dem Hochstrombus kleiner als eine für die Komponenten geeignete Grenze ist. Diese kann z.B. bei 1 V liegen. Ist dies der Fall, wird in einem folgenden Schritt 340 das Relais der zuzuschaltenden Batterie geschlossen, wodurch die Vorladeschaltung überbrückt wird. Das Batteriesystem liefert nun Strom, der vom Verbraucher entnommen werden kann. Dadurch verringert sich der Ladezustand der ersten Batterie, d. h. der Spannungswert der ersten Batterie verringert sich.
Sind bei der Auswertung der Zustände der Relais in Schritt 325 nicht alle Relais geöffnet, d. h. mindestens ein Relais geschlossen, so wird das Verfahren mit dem Schritt 345 fortgeführt, in dem mit Hilfe des temporären Mastersteuergeräts jeweils eine Spannungsdifferenz zwischen jeder noch nicht zugeschalteten Batterie, d. h. jeder zuschaltbaren Batterie, und dem Hochstrombus bestimmt wird. Dabei sendet jede zuschaltbare Batterie ihren Spannungswert mittels Slave-Komponente an das temporäre Mastersteuergerät. Mit anderen Worten es wird die Ladezustandsdifferenz der bereits zum Hochstrombus zugeschalteten ersten Batterie bzw. den bereits zugeschalteten Batterien und der zuschaltbaren Batterien bestimmt. In einem folgenden Schritt 350 wird die Batterie bestimmt, die zeitlich gesehen als nächste Batterie auf den Hochstrombus zuzuschalten ist. Es wird dabei diejenige Batterie ausgewählt, die die geringste Spannungsdifferenz zum
Hochstrombus aufweist bzw. die den Spannungswert der ersten Batterie oder der bereits zugeschalteten Batterien aufweist. Mit anderen Worten erreicht der Spannungswert der bereits auf den Bus zugeschalteten Batterien den
Spannungswert einer weiteren noch nicht zugeschalteten Batterie, so kann diese weitere Batterie zeitlich gesehen als nächste auf den Hochstrombus zugeschaltet werden, d. h. die Batterie mit dem nächst geringeren Spannungswert wird als zuzuschaltende Batterie deklariert bzw. bestimmt.
In einem folgenden Schritt 355 wird der Gesamtstrom in den bereits auf den Hochstrombus zugeschalteten Batterien bestimmt. In einem folgenden Schritt 360 wird geprüft, ob die Spannungsdifferenz der zuzuschaltenden Batterie zum Hochstrombus weniger als 1 Volt beträgt und ob die Ladezustandsdifferenz zu den bereits zugeschalteten Batterien kleiner als ein gewisser Prozentsatz ist, dieser kann z.B. 5 % betragen, und der Betrag des Gesamtstrom kleiner als das Produkt aus 10 Ampere mal der Anzahl der bereits zugeschalteten Batterien ist. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 365 die zuzuschaltende Batterie auf den Hochstrombus zugeschaltet.
Ist der Betrag des Gesamtstroms größer als das Produkt aus 10 Ampere mal der Anzahl der bereits zugeschalteten Batterien, so wird in einem folgenden Schritt 370 ein Befehl„change-over-request" auf den Can-Bus gesendet. Dieser Befehl umfasst das Absenken des Gesamtsstroms durch das Fahrzeugsteuergerät, wodurch hohe Ströme vermieden werden. In einem folgenden Schritt 375 wird erfasst, ob der Gesamtstrom einen vordefinierten Schwellenwert unterschreitet, beispielsweise 10A mal Anzahl der zugeschalteten Batterien. Ist dies der Fall kann in einem folgenden Schritt 380 die zuzuschaltende Batterie auf den
Hochstrombus geschaltet. In einem folgenden Schritt 385 wird die Absenkung des Gesamtstroms beendet. Das Verfahren 300 wird mit dem Schritt 345 fortgesetzt, sofern noch nicht alle Batterien zugeschaltet sind. Im Betriebsmodus„Entladen" können somit alle noch nicht zugeschalteten Batterien in der Reihenfolge von hohem Spannungswert zu geringem
Spannungswert zugeschaltet werden.
Ist der Betriebsmodus„Laden", so wird in einem auf den Schritt 320 folgenden Schritt 390 überprüft, ob alle Relais geöffnet sind. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 395 die erste Batterie über eine Vorladeschaltung auf den Hochstrombus geschaltet, wobei die erste Batterie diejenige Batterie ist, die den niedrigsten Spannungswert aufweist. In einem folgenden Schritt 400 wird geprüft, ob die Spannungsdifferenz zwischen dem Hochstrombus und der zuzuschaltenden Batterie kleiner 1 V ist. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 405 das Relais der ersten Batterie geschlossen und die erste Batterie somit direkt mit dem Hochstrombus verbunden. Das Batteriesystem ist nun in der Lage Strom aufzunehmen, wobei einspeisende Geräte, z.B.
Ladegeräte, Strom liefern können. Dadurch werden sich der Ladezustand und der Spannungswert bzw. Spannungslevel der Batterie erhöhen.
Ist bei der Auswertung der Relais im Schritt 390 mindestens ein Relais geschlossen, so wird das Verfahren mit dem Schritt 410 fortgesetzt, in dem jeweils die Spannungsdifferenz zwischen jeder noch nicht zugeschalteten Batterie, d. h. jeder zuschaltbaren Batterie und dem Hochstrombus bestimmt wird. In einem folgenden Schritt 415 wird die zuzuschaltende Batterie bestimmt. Es wird hierbei diejenige Batterie ausgewählt, die die geringste
Spannungsdifferenz zum Hochstrombus aufweist. Mit anderen Worten erreicht der Spannungswert der bereits auf den Bus zugeschalteten Batterien den Spannungswert einer weiteren noch nicht zugeschalteten Batterie, so kann diese weitere Batterie zeitlich gesehen als nächste auf den Hochstrombus zugeschaltet werden, d. h. die Batterie mit dem nächst höheren Spannungswert wird als zuzuschaltende Batterie deklariert bzw. bestimmt.
In einem folgenden Schritt 420 wird der Gesamtstrom in den bereits auf den Hochstrombus zugeschalteten Batterien bestimmt. In einem folgenden Schritt 425 wird geprüft, ob die Spannungsdifferenz der zuzuschaltenden Batterie zum Hochstrombus weniger als 1 Volt beträgt und ob die Ladezustandsdifferenz zu den bereits zugeschalteten Batterien kleiner als 5 % ist und der Betrag des Gesamtstrom kleiner als das Produkt aus 10 Ampere mal der Anzahl der bereits zugeschalteten Batterien ist. Ist dies der Fall, so wird in einem folgenden Schritt 430 die zuzuschaltende Batterie auf den Hochstrombus zugeschaltet.
Ist dies nicht der Fall und der Betrag des Gesamtstroms ist größer als das Produkt aus 10 Ampere mal der Anzahl der bereits zugeschalteten Batterien, so wird in einem folgenden Schritt 435 ein Befehl„change-over-request" auf den Can-Bus gesendet. Dieser Befehl umfasst das Absenken des Gesamtsstroms durch das Fahrzeugsteuergerät, wodurch hohe Ströme vermieden werden. In einem folgenden Schritt 440 wird erfasst, ob der Gesamtstrom einen
vordefinierten Schwellenwert unterschreitet, beispielsweise 10A mal Anzahl bereits zugeschalteter Batterien. Ist dies der Fall kann in einem folgenden Schritt 445 die zuzuschaltende Batterie auf den Hochstrombus geschaltet werden. In einem folgenden Schritt 450 wird die Absenkung des Gesamtstroms beendet, indem der zulässige Gesamtstrom des Systems wieder uneingeschränkt auf Basis der zulässigen Ströme der zugeschalteten Batterien an das
Fahrzeugsteuergerät kommuniziert wird.
Im Betriebsmodus„Laden" können somit alle noch nicht zugeschalteten Batterien in der Reihenfolge vom geringsten Spannungswert zum höchsten
Spannungswert zugeschaltet werden.
In einem Ausführungsbeispiel, das sowohl auf den Betriebsmodus„Entladen" als auch auf den Betriebsmodus„Laden" angewendet werden kann, kann das temporäre Mastersteuergerät zur Vorladung des Hochstrombus bzw. dessen Zwischenkreises auch mehrere der noch nicht zugeschalteten Batterien verwenden, indem die Vorladeschaltungen der einzelnen noch nicht
zugeschalteten Batterien verwendet werden. Dies wird beispielhaft für den Betriebsmodus„Laden" erläutert. Die erste Batterie, der die Rolle der zuzuschaltenden Batterie zukommt, ist die Batterie, die den geringsten
Spannungswert aufweist. Das virtuelle Mastersteuergerät kann nun die
Vorladung des Zwischenkreises mit Hilfe einer noch nicht zugeschalteten Batterie durchführen, die einen wesentlich höheren Spannungswert aufweist als die zuzuschaltende Batterie. Dadurch wird das Spannungspotential des
Hochstrombusses schneller auf den Spannungswert der zuzuschaltenden Batterie gebracht, d. h. eine frühzeitige Zuschaltung der zuzuschaltenden Batterie ist möglich. Außerdem ist es vorteilhaft, die Energie für die Vorladung aus einer Batterie mit höherem Spannungswert zu verwenden, da sich somit die Spannungsdifferenz der Batterie mit dem höheren Spannungswert zum
Hochstrombus verringert und folglich diese zu einem späteren Zeitpunkt schneller zuschalten kann. Sind die Spannungspotentiale der zuzuschaltenden Batterie und des Hochstrombusses annähernd gleich, beendet das temporäre Mastersteuergerät die Vorladung.
Ist die Vorladeschaltung der zuzuschaltenden Batterie überlastet oder defekt, so kann das temporäre Mastersteuergerät eine andere Batterie zum Vorladen bestimmen.
Wird der Hochstrombus bereits während der Vorladung elektrisch belastet, z.B. durch Verbraucher die nicht oder nicht dediziert abgeschaltet werden können, so kann die ausgewählte Vorladeschaltung den Hochstrombus nicht auf dasselbe Spannungsniveau regeln. Dies beruht darauf, dass jede Vorladeschaltung strombegrenzend ist, da die Vorladeschaltung zusammen mit dem bereits zugeschalteten Verbraucher wie ein Spannungsteiler wirkt. Um den Vorladestrom zu erhöhen, kann das temporäre Mastersteuergerät zum Vorladen mehrere Vorladeschaltungen verschiedener Batterien aktivieren. Dadurch reduziert sich die Spannungsdifferenz zwischen der zuzuschaltenden Batterie und dem Hochstrombus.

Claims

Ansprüche
1. Batteriesystem (100) mit mehreren Batterien (103, 104, 105, 106), die an einen Can-Bus angeschlossen sind, wobei die mehreren Batterien (103, 104, 105, 106) jeweils ein Batteriemanagementsystem umfassen, wobei das
Batteriemanagementsystem jeweils mindestens eine Masterkomponente (214) aufweist, die als Mastersteuergerät fungieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Masterkomponenten dazu bestimmt wird als zentrales
Mastersteuergerät zu fungieren, wobei das zentrale Mastersteuergerät eine Kommunikation zwischen einer Fahrzeugsteuereinheit, den mehreren Batterien und einem Hochstrombus übernimmt.
2. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Batterien (103, 104, 105, 106) verschiedene Spannungswerte aufweisen.
3. Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass diejenige Batterie (103, 104, 105, 106) die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts ausführt, die physikalisch als erste an den Can-Bus angeschlossen ist.
4. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswert der Batterie (103, 104, 105, 106), die die Funktion des zentralen Mastersteuergeräts ausführt, annähernd 0 V beträgt.
5. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie, die die Funktion des zentralen
Mastersteuergeräts ausführt, nicht eingerichtet ist auf den Hochstrombus zuzuschalten.
6. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Mastersteuergerät dazu eingerichtet ist, die mehreren Batterien (103, 104, 105, 106) auf den Hochstrombus zu schalten.
7. Elektrisches Fahrzeug mit einem Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Elektrisches Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Fahrzeug ein Zweirad ist.
9. Elektronisch steuerbare Vorladeschaltung, die an ein Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladeschaltung über eine Kommunikationsleitung von dem zentralen Mastersteuergerät bedarfsgerecht zu und abgeschaltet werden kann.
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