WO2019170713A1 - Batteriemodul-kommunikationsanordnung und verfahren zum übermitteln von zustandsinformationen eines batteriemoduls - Google Patents

Batteriemodul-kommunikationsanordnung und verfahren zum übermitteln von zustandsinformationen eines batteriemoduls Download PDF

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WO2019170713A1
WO2019170713A1 PCT/EP2019/055512 EP2019055512W WO2019170713A1 WO 2019170713 A1 WO2019170713 A1 WO 2019170713A1 EP 2019055512 W EP2019055512 W EP 2019055512W WO 2019170713 A1 WO2019170713 A1 WO 2019170713A1
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WO
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battery module
battery
arrangement
control unit
battery system
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PCT/EP2019/055512
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French (fr)
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Magnus Jaster
Benjamin BEHNCKE
Jan BRÜCKNER
Klaus GREGER
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Cpt Zwei Gmbh
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • 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 Batteriemo
  • a dul communication device for communicating state information of a battery module, a battery system having the battery module communication device, a vehicle having the battery system, a method for transmitting to
  • the battery module comprises at least one cell connected in series.
  • Today's lithium-ion batteries are equipped with a modular and distributed battery management system.
  • To communicate a state of lithium-ion cells (cell voltage, cell temperatures, etc.), electronic modules are connected to lithium-ion cells.
  • communication takes place between the battery cells / modules and a main computing unit of a battery system via a wired data transmission system.
  • a first aspect of the invention relates to a battery module communication arrangement.
  • dul communication arrangement is suitable for transmitting state information to a battery cell or a Batte riemoduls, in particular lithium-ion battery module.
  • a battery module which is also called a battery pack includes at least one battery cell.
  • the Batteriemo module communication arrangement comprises a measuring arrangement and a lighting arrangement.
  • the measuring arrangement is configured to measure state information of a battery module, such as a cell potential.
  • the Leuchtmit telaniser is arranged for transmitting an optical signal, which summarizes the measured state information of the battery module to a control unit.
  • the lighting arrangement has at least one light source which is arranged on the measuring arrangement and transmits the optical signal with the status information of the battery module to the control unit or receives an optical signal from this and sends it to the measuring device.
  • the reception can be realized both by the light itself, as well as by an additional optical receiver.
  • the transmission of the state information between the luminous means arrangement and the control unit is carried out, at least in sections, preferably fully constantly wirelessly and / or without contact. This means that no continuous wired transmission of the Zu
  • Lithium-ion cells or modules can provide, for example, to drive energy for motor vehicles that can be driven at least partially or completely electrically or operating energy for stationary systems, such as wind power plants. Functional safety of the interconnected battery cells is achieved through monitoring via various sensors, a battery control unit and corresponding communication interfaces.
  • the measuring arrangement of the battery module communication arrangement is arranged directly on the battery module.
  • the measuring arrangement can be cell monitoring electronics (so-called Cell Supervision Circuit, CSC), for example.
  • the cell monitoring electronics detects the state of the battery module such as cell voltage, cell current, maximum possible charging, maximum removable capacity, cell temperature, etc.
  • the light assembly converts the detected state information of the battery module into an optical signal, and transmits the optical signal to a control unit.
  • the luminous means arrangement has a luminous means, for example an LED, which emits the status information of the battery module by means of light with a frequency or a frequency band.
  • the illuminant arrangement converts the control information from the control unit into electrical signals either directly by the LED or by a further optical receiver and makes them available to the measuring arrangement.
  • the transmission of status information of the battery module can be done wirelessly or without contact.
  • a manufacturing process of a battery module and / or a battery system can be easily automated. Since a wired communication is no longer required, a complex mechanical integration of twisted Lei lines can be avoided. In addition, interference can be eliminated on the communication lines due to electromagnetic incompatibility within a vehicle or to a drive train through the optical communication of the Batte riemoduls.
  • the communication measuring arrangement according to an embodiment of the invention is suitable not only for a plurality of switched battery cells, but also for a serially connected battery cell.
  • the lighting medium arrangement on a light guide assembly which is adapted to transmit the signal from the light source to the control unit.
  • the lamp assembly further includes a Lichtlei teranssen which receives the optical signal sent by the lamp, and transmits to or from the control unit.
  • the recording of the optical signal by the Lichtleiterano rdnung and / or the output of the optical signal from the light guide assembly is preferably carried out without contact and / or wireless.
  • the communication between the Batte riemodulen and / or the control unit can be made in sections by means of bus or daisy chain.
  • the light guide assembly may comprise light-conducting transparent components such as fibers, tubes or rods of glass or plastics, such as Plexiglas.
  • the optical signal with state information of the battery module can be transmitted wirelessly, which allows an easily automated and thus time-saving production process.
  • the signal is transmitted in the form of a light pulse.
  • the measuring arrangement is connected to cell potentials of the battery module by means of a stamped grid.
  • the measuring arrangement is fixed to the battery module by punching. This allows a flexible electronics design, a robust manufacturing process without internal plug, crimp or clamp connections. Thus, the manufacturing process of the battery module can be easily automated.
  • the measuring arrangement is attached to a battery module and is connected to the cell potentials by electrical lines printed on the battery module or a cell.
  • the Lichtlei teran Aunt is integrated in a cover of the battery module.
  • the light guide assembly can be inserted into a milling groove on the inner side of the lid.
  • the light guide arrangement allows an interlock function of the lid.
  • the battery modules are packaged in a housing to mechanical damage during transport or handling especially with regard to unintentional short circuits and corrosion of the connections (moisture ingress).
  • the housing includes a lid, which is usually arranged above the battery modules.
  • the light pulses can be transmitted from the bulb effectively. If the optical fiber arrangement detects false signals from the light source and the receiving device, this is also transmitted to the control unit so that a corresponding message to the vehicle or a measure to achieve the corresponding safe state of the battery system is achieved.
  • This function is called an interlock function.
  • the Interlock function ensures that the battery system only works if all battery modules are correctly connected.
  • the interlock function is actuated in particular for an automatic shutdown of the battery system in the event of accidents or when the cover is opened in order to provide security when using a high-voltage arrangement such as in battery systems.
  • Another aspect of the invention relates to a battery system having the above-described and below described Batteriemo module communication arrangement, a control unit and at least one battery cell.
  • the control unit is a battery management system.
  • a battery system which comprises at least one battery cell, preferably a plurality of interconnected battery modules and electronic / mechanical components, requires a control unit to bring them in line with each other.
  • the control unit may have a battery management, which takes over control and monitoring of the loading / unloading status at the cell and system level and the function as an interface of the communication between the electric vehicle and the battery system. Using sensors, current, voltages and temperatures of the individual cells and of the entire system are measured and regulated. Thus, the control unit contributes as a central component to safety.
  • the Control unit error logging and switching on and off the system.
  • the communication between the Batte riemodul communication arrangement and the control unit via a light guide assembly, which is integrated in the lid of the battery system.
  • the optical signal with state information of the battery module can be transmitted wirelessly to the control unit.
  • the control information from the control unit into electrical signals and provides this
  • the transmission of status information of a battery module from the battery module communication arrangement to the control unit takes place only when the battery system is completely assembled.
  • the control unit communicates with the battery modules only if all battery modules are correctly connected.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle having the battery system described above and below.
  • the vehicle is, for example, a
  • Motor vehicle such as a car, a bus, a motorcycle or a truck.
  • Another aspect of the invention relates to a method for transmitting status information of a battery module.
  • the method comprises the following steps:
  • Another aspect of the invention relates to a program element that when mounted on a control unit of a battery system To run the battery system, perform the following steps:
  • Another aspect of the invention relates to a computer readable medium having stored thereon a program element.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a Bat teriesystems according to one embodiment.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of a battery
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of a battery
  • Fig. 4 shows a schematic side view of a Bat teriezelle with a communication arrangement according to another embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of one of the bat teriezelle with a communication arrangement according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a battery system 1 which has a battery module communication arrangement for transmitting state information of a battery module 2.
  • the battery system 1 can be used, for example, in a vehicle such as a car, a bus, a motorcycle or a truck to the To provide drive power.
  • the battery system 1 has at least one battery module 2, for example a lithium-ion battery module.
  • a measuring arrangement 3 is arranged.
  • the measuring arrangement 3 is attached to the battery module 2 by means of stamped grid or printed electrical lines, which enables an efficient production process.
  • the Messan Regulation 3 or cell monitoring electronics 3 recorded to state information with respect to cell voltage, cell current, maximum charge, maximum removable capacity, cell temperature, etc. of the battery module 2.
  • This detected state information in the form of an optical signal, such as a light pulse from the light source 4 on transmit a light guide assembly 5.
  • the optical waveguide arrangement 5 is integrated on a cover 7 of the battery module 2 or of the battery master system 1 in order to effectively transmit the optical signal which has the status information of the battery module 2.
  • the optical signal sent by the luminous means 4 is transmitted via the optical waveguide arrangement 5 to a control unit 6.
  • the control unit 6 serves as a central control of the battery system 1.
  • the control unit 6 monitors and controls the battery system 1 based on state information of the battery module 2 which has been transmitted via the optical waveguide arrangement 5. If the control unit 6 detects a false signal due to incomplete assembly or failure of a component of the battery system 1, no communication between the battery module 2 and the control unit 6 takes place.
  • an interlock function can be activated to provide high-voltage safety.
  • FIG. 2 shows a top view of the battery system 1, in particular the light guide arrangement 5 according to an embodiment.
  • the light guide arrangement 5 can be used for example in a milling groove on the inner side of the lid 7 of the battery system 1.
  • the battery module 2 has at least one light-emitting means 4.
  • the optical fiber assembly 5 transmits the state information of the battery module 2 in the form of an optical signal from Illuminant 4 to the control unit 6.
  • the light guide assembly 5 is connected in sections with battery modules 2 to allow a so-called daisy chain communication between the Batte riemodulen 2 and / or the control unit 6.
  • the control unit 6 can also have a light source 4 in order to transmit the received data via the optical waveguide arrangement 5 on.
  • FIG. 3 shows a top view of the battery system 1, in particular the light guide arrangement 5 according to a further embodiment.
  • the optical fiber assembly 5 can be continuously integrated on the inner side of the lid 7 over the entire battery modules 2 to the control unit 6 to allow by a bus data communication between the Batte riemodulen 2 and / or the control unit 6.
  • FIG. 4 shows a side view of a battery cell 2 a, for example a prismatic cell.
  • FIG. 5 shows a plan view of a further battery cell, for example a pouch cell.
  • the battery cells 2a in FIGS. 4 and 5 comprise a communication arrangement according to another embodiment.
  • the battery cells 2 a have two arresters or cell potentials 8, which are connected to the measuring arrangement 3 via the printed on the battery cell electrical line 9.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1), aufweisend: zumindest eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul (2), und eine Batteriemodul-Kommunikationsanordnung zum Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls (2), aufweisend: - eine Messanordnung (3), eingerichtet zum Messen von Zustandsinformationen des Batteriemoduls (2), - eine Leuchtmittelanordnung, welche mindestens ein Leuchtmittel (4) aufweist, und zum Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinformationen vom Leuchtmittel (4) an eine Steuereinheit (6) eingerichtet ist, wobei das Leuchtmittel (4) an der Messanordnung (3) angeordnet ist, wobei das Batteriesystem (1) ferner aufweist, eine Steuereinheit (6), welche zu einem Batteriemanagement eingerichtet ist, und das optische Signal mit Zustandsinformationen des Batteriemoduls (2) kabellos und/oder berührungsfrei an die Steuereinheit (6) übermittelbar ist.

Description

Beschreibung
Batteriemodul-Kommunikationsanordnung und Verfahren zum
Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls
Die Erfindung betrifft eine Batteriemo
dul-Kommunikationsanordnung zum Übermitteln von Zustandsin formationen eines Batteriemoduls, ein Batteriesystem mit der Batteriemodul-Kommunikationsanordnung, ein Fahrzeug mit dem Batteriesystem, ein Verfahren zum Übermitteln von Zu
standsinformationen eines Batteriemoduls, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium. Dabei umfasst das Batteriemodul mindestens eine seriell verschaltete Zelle.
Heutige Lithium-Ionen Batterien sind mit einem modularen und verteilten Batteriemanagementsystem ausgestattet. Zur Kommu nikation eines Zustands von Lithium-Ionen Zellen (Zellspannung, Zelltemperaturen etc.) werden Elektronikmodule mit Lithi um-Ionen Zellen verbunden. Dabei findet die Kommunikation zwischen den Batteriezellen/-modulen und einer Hauptrechen einheit eines Batteriesystems über ein kabelgebundenes Da tenübertragungssystem statt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein einfach zu konfigu rierendes Batteriesystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figuren zu entnehmen .
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriemo dul-Kommunikationsanordnung. Die Batteriemo
dul-Kommunikationsanordnung ist für Übermitteln von Zu standsinformationen einer Batteriezelle oder eines Batte riemoduls, insbesondere Lithium-Ionen Batteriemoduls , geeignet.
Ein Batteriemodul, welches auch als Batteriepack genannt wird umfasst mindestens eine Batteriezelle. Die Batteriemo dul-Kommunikationsanordnung weist eine Messanordnung und eine Leuchtmittelanordnung auf. Die Messanordnung ist zum Messen von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls, wie beispielsweise ein Zellpotential, eingerichtet. Ferner ist die Leuchtmit telanordnung zum Übermitteln eines optischen Signals, welches die gemessenen Zustandsinformationen des Batteriemoduls um fasst, an eine Steuereinheit eingerichtet. Die Leuchtmittel anordnung weist mindestens ein Leuchtmittel auf, welches an der Messanordnung angeordnet ist und das optische Signal mit den Zustandsinformationen des Batteriemoduls an die Steuereinheit übermittelt oder von dieser ein optisches Signal empfängt und an die Messeinrichtung sendet. Der Empfang kann sowohl durch das Leuchtmittel selbst, als auch durch einen zusätzlichen optischen Empfänger realisiert sein. Die Übertragung der Zustandsin formation zwischen der Leuchtmittelanordnung und der Steuer einheit erfolgt zumindest abschnittsweise vorzugsweise voll ständig kabellos und/oder berührungsfrei. Dies bedeutet, dass keine durchgehende kabelgebundene Übertragung der Zu
standsinformation zwischen der Leuchtmittelanordnung und der Steuereinheit erfolgt .
Lithium-Ionen Zellen bzw. Module können zum Beispiel An triebsenergie für zumindest teilweise oder vollständig elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge oder Betriebsenergie für stationäre Anlagen, wie etwa Windkraftanlagen, bereit stellen . Dabei wird funktionale Sicherheit der verschalteten Batte riezellen durch Überwachung über verschiedene Sensoren, eine Batteriesteuerungseinheit und entsprechende Kommunikations schnittstellen erzielt.
Die Messanordnung der Batteriemodul-Kommunikationsanordnung ist direkt am Batteriemodul angeordnet. Die Messanordnung kann beispielsweise eine Zellüberwachungselektronik (sog. Cell Supervision Circuit, CSC) sein. Die Zellüberwachungselektronik erfasst den Zustand des Batteriemoduls wie Zellspannung, Zellstrom, maximal mögliche Aufladung, maximal entnehmbare Kapazität, Zelltemperatur etc. Die Leuchtmittelanordnung wandelt die erfassten Zustandsinformationen des Batteriemoduls in ein optisches Signal um, und übermittelt das optische Signal an eine Steuereinheit. Die Leuchtmittelanordnung weist ein Leuchtmittel, beispielsweise eine LED, auf, welche die Zu standsinformationen des Batteriemoduls mittels Licht mit einer Freguenz oder einem Freguenzband emittiert. Zur Steuerung der Messung oder für sicherheitsrelevante Diagnosen wandelt die Leuchtmittelanordnung entweder direkt durch die LED oder durch einen weiteren optischen Empfänger die Steuerinformationen von der Steuereinheit in elektrische Signale um und stellt diese der Messanordnung bereit.
Auf diese Weise kann das Übermitteln von Zustandsinformationen des Batteriemoduls kabellos bzw. berührungs frei erfolgen. Dadurch kann ein Fertigungsprozess eines Batteriemoduls und/oder eines Batteriesystems leicht automatisiert werden. Da eine kabelgebundene Kommunikation nicht mehr erforderlich ist, kann eine aufwendige mechanische Integration von verdrillten Lei tungen vermieden werden. Darüber hinaus können Störeinflüsse auf die Kommunikationsleitungen aufgrund einer elektromagnetischen Unverträglichkeit innerhalb eines Fahrzeugs oder eines An triebsstrangs durch die optische Kommunikation des Batte riemoduls beseitigt werden. Die Kommunikationsmessanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nicht nur für mehrere geschaltete Batteriezellen, sondern auch für eine seriell verschaltete Batteriezelle geeignet .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Leucht mittelanordnung eine Lichtleiteranordnung auf, welche zum Übermitteln des Signals vom Leuchtmittel an die Steuereinheit eingerichtet ist.
Zu der Leuchtmittelanordnung gehört weiterhin eine Lichtlei teranordnung, welche das vom Leuchtmittel gesendete optische Signal aufnimmt, und an die bzw. von der Steuereinheit überträgt. Die Aufnahme des optischen Signals durch die Lichtleiterano rdnung und/oder die Ausgabe des optischen Signals von der Lichtleiteranordnung erfolgt vorzugsweise berührungslos und/oder kabellos. Die Kommunikation zwischen den Batte riemodulen und/oder der Steuereinheit kann abschnittsweise mittels Bus oder Daisy Chain erfolgen. Die Lichtleiteranordnung kann lichtleitende transparente Bauteile wie Fasern, Röhren oder Stäbe aus Glas oder Kunststoffen, wie z.B. Plexiglas umfassen.
Auf diese Weise kann das optische Signal mit Zustandsinfor mationen des Batteriemoduls kabellos übermittelt werden, welches einen leicht automatisierten und somit zeitsparenden Ferti gungsprozess ermöglicht .
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung wird das Signal in Form eines Lichtpulses gesendet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Messanordnung mithilfe eines Stanzgitters an Zellpotentiale des Batteriemoduls angebunden. In anderen Worten wird die Messanordnung durch Stanzen an dem Batteriemodul befestigt. Dies ermöglicht eine flexible Elektronikgestaltung, einen robusten Fertigungsprozess ohne interne Steck-, Quetsch- oder Klemmverbindungen. Somit kann der Fertigungsprozess des Batteriemoduls leicht automatisiert werden .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Messanordnung an einem Batteriemodul befestigt und wird mit den Zellpotentialen durch auf das Batteriemodul oder eine Zelle aufgedruckte elektrische Leitungen verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtlei teranordnung in einen Deckel des Batteriemoduls integriert . Beispielsweise kann die Lichtleiteranordnung in eine Fräsnut auf der inneren Seite des Deckels eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Lichtleiteranordnung eine Interlock-Funktion des Deckels.
Generell sind die Batteriemodule in einem Gehäuse verpackt, um mechanische Beschädigungen beim Transport oder beim Handhaben zu verhindern, insbesondere mit Blick auf unbeabsichtigte Kurz schlüsse und die Korrosion der Anschlüsse (Eindringen von Feuchtigkeit) . Das Gehäuse umfasst einen Deckel, der übli cherweise über den Batteriemodulen angeordnet ist. Durch die in einem Deckel integrierte Lichtleiteranordnung können die Lichtpulse aus dem Leuchtmittel effektiv übermittelt werden. Falls die Lichtleiteranordnung Fehlsignale aus dem Leuchtmittel und der Empfangseinrichtung detektiert, wird dies ebenso an die Steuereinheit übermittelt sodass eine entsprechende Mitteilung an das Fahrzeug bzw. eine Maßnahme zum Erreichen des entsprechend sicheren Zustandes des Batteriesystems erreicht wird. Diese Funktion wird als Interlock-Funktion bezeichnet. Die Inter- lock-Funktion stellt sicher, dass das Batteriesystem nur funktioniert, wenn alle Batteriemodule korrekt angeschlossen sind. Die Interlock-Funktion wird insbesondere für ein auto matisches Abschalten des Batteriesystems bei Unfällen oder beim Öffnen des Deckels betätigt, um eine Sicherheit bei der Nutzung einer Hochspannungsanordnung wie in Batteriesystemen bereit zustellen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem, welches die oben und im Folgenden beschriebene Batteriemo dul-Kommunikationsanordnung, eine Steuereinheit und mindestens eine Batteriezelle aufweist. Dabei ist die Steuereinheit ein Batteriemanagement .
Ein Batteriesystem, welches mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise mehrere verschaltete Batteriemodule und elekt ronische/mechanische Komponenten umfasst, benötigt eine Steuereinheit, um sie miteinander in Einklang zu bringen. Dabei kann die Steuereinheit ein Batteriemanagement aufweisen, welches Steuerung und Überwachung des Be-/Entladungsstatus auf Zell- und Systemebene und die Funktion als Schnittstelle der Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Batteriesystem übernimmt. Unter Verwendung von Sensorik werden Strom, Spannungen und Tempe raturen der Einzelzellen und des Gesamtsystems gemessen und geregelt . Damit trägt die Steuereinheit als ein zentraler Bestandteil zur Sicherheit bei. Darüber hinaus ermöglicht die Steuereinheit eine Fehlerprotokollierung und ein Zu- und Ab schalten des Systems. Die Kommunikation zwischen der Batte riemodul-Kommunikationsanordnung und der Steuereinheit läuft über eine Lichtleiteranordnung, die im Deckel des Batterie systems integriert ist. Somit kann das optische Signal mit Zustandsinformationen des Batteriemoduls kabellos an die Steuereinheit übermittelt werden. Zur Steuerung der Messung oder für sicherheitsrelevante Diagnosen wandelt die Leuchtmittel anordnung entweder direkt durch die LED oder durch einen weiteren optischen Empfänger die Steuerinformationen von der Steuer einheit in elektrische Signale um und stellt diese der
Messanordnung bereit.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung findet das Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls von der Bat teriemodul-Kommunikationsanordnung an die Steuereinheit nur statt, wenn das Batteriesystem vollständig zusammengebaut ist. In anderen Worten, kommuniziert die Steuereinheit mit den Batteriemodulen nur bei einem korrekten Anschluss aller Bat- teriemodule .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches das oben und im Folgenden beschriebene Batteriesystem aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein
Kraftfahrzeug, wie ein Auto, einen Bus, ein Motorrad oder einen Lastkraftwagen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- Messen von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls,
- Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinfor mationen von der Leuchtmittelanordnung an eine Steuereinheit, wobei die Übermittlung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig kabellos und/oder berührungsfrei erfolgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines Batteriesystems ausgeführt wird, das Batteriesystem anleitet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Messen von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls,
- Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinfor mationen von der Leuchtmittelanordnung an eine Steuereinheit, wobei die Übermittlung zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig kabellos und/oder berührungsfrei erfolgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung weiterer Ausführungsformen und Figuren.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in den Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bat teriesystems gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Batte
riesystems gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Batte
riesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform. Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Bat teriezelle mit einer Kommunikationsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht einer der Bat teriezelle mit einer Kommunikationsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt ein Batteriesystem 1, das eine Batteriemo dul-Kommunikationsanordnung zum Übermitteln von Zustandsin formationen eines Batteriemoduls 2 aufweist. Das Batteriesystem 1 kann beispielsweise in einem Fahrzeug wie einem Auto, einem Bus, einem Motorrad oder einem Lastkraftwagen einsetzt werden, um die Antriebsenergie zu bereitzustellen.
Das Batteriesystem 1 weist zumindest ein Batteriemodul 2, beispielsweise ein Lithium-Ionen Batteriemodul auf. An jedem Batteriemodul 2 ist eine Messanordnung 3 angeordnet. Die Messanordnung 3 ist mittels Stanzgitter oder aufgedruckter elektrischer Leitungen an dem Batteriemodul 2 befestigt, welches einen effizienten Fertigungsprozess ermöglicht. Die Messan ordnung 3 bzw. Zellüberwachungselektronik 3 erfasst Zu standsinformationen in Bezug auf Zellspannung, Zellstrom, maximal mögliche Aufladung, maximal entnehmbare Kapazität, Zelltemperatur etc. des Batteriemoduls 2. Diese erfassten Zustandsinformationen werden in Form eines optischen Signals, beispielsweise eines Lichtpulses vom Leuchtmittel 4 an eine Lichtleiteranordnung 5 übertragen. Die Lichtleiteranordnung 5 ist an einem Deckel 7 des Batteriemoduls 2 bzw. des Batte riesystems 1 integriert, um das optische Signal, das die Zu standsinformationen des Batteriemoduls 2 aufweist, effektiv zu übermitteln. Das vom Leuchtmittel 4 gesendete optische Signal wird über die Lichtleiteranordnung 5 an eine Steuereinheit 6 übermittelt. Die Steuereinheit 6 dient als eine zentrale Steuerung des Batteriesystems 1. Die Steuereinheit 6 überwacht und steuert das Batteriesystem 1 auf Basis von Zustandsin formationen des Batteriemoduls 2, die über die Lichtleiter anordnung 5 übermittelt wurden. Falls die Steuereinheit 6 ein Fehlsignal aufgrund eines unvollständigen Zusammenbaus oder Defekts eines Bauteiles des Batteriesystems 1 detektiert, findet keine Kommunikation zwischen dem Batteriemodul 2 und der Steuereinheit 6 statt. Zusätzlich kann eine Interlock-Funktion aktiviert werden, um eine Hochvoltsicherheit bereitzustellen.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des Batteriesystems 1, insbesondere die Lichtleiteranordnung 5 gemäß einer Ausführungsform. Die Lichtleiteranordnung 5 kann beispielsweise in eine Fräsnut auf der inneren Seite des Deckels 7 des Batteriesystems 1 eingesetzt werden. Das Batteriemodul 2 weist mindestens ein Leuchtmittel 4 auf. Die Lichtleiteranordnung 5 überträgt die Zustandsinfor mationen des Batteriemoduls 2 in Form eines optischen Signals vom Leuchtmittel 4 an die Steuereinheit 6. Die Lichtleiteranordnung 5 ist abschnittweise mit Batteriemodulen 2 verbunden, um eine sogenannte Daisy Chain Kommunikation zwischen den Batte riemodulen 2 und/oder der Steuereinheit 6 zu ermöglichen. Die Steuereinheit 6 kann auch ein Leuchtmittel 4 aufweisen, um die empfangenen Daten über die Lichtleiteranordnung 5 weiter zu übermitteln .
Figur 3 zeigt eine Draufsicht des Batteriesystems 1, insbesondere die Lichtleiteranordnung 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie in Figur 3 dargestellt, kann die Lichtleiteranordnung 5 auf der inneren Seite des Deckels 7 über den gesamten Batteriemodulen 2 bis zu der Steuereinheit 6 durchgehend integriert werden, um durch ein Bussystem Datenkommunikation zwischen den Batte riemodulen 2 und/oder der Steuereinheit 6 zu ermöglichen.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht einer Batteriezelle 2a, beispielsweise einer prismatischen Zelle. Ferner zeigt Figur 5 eine Draufsicht einer weiteren Batteriezelle, beispielsweise einer Pouchzelle. Die Batteriezellen 2a in Figuren 4 und 5 umfassen eine Kommunikationsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Batteriezellen 2a weisen zwei Ableiter bzw. Zellpotentiale 8 auf, die über die auf der Batteriezelle ge druckte elektrische Leitung 9 an der Messanordnung 3 angebunden sind .
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, das „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombi nation mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben be schriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen .

Claims

Patentansprüche
1. Batteriesystem (1), aufweisend:
zumindest eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul (2) , und eine Batteriemodul-Kommunikationsanordnung zum Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls (2), aufweisend:
- eine Messanordnung (3), eingerichtet zum Messen von Zu standsinformationen des Batteriemoduls (2),
- eine Leuchtmittelanordnung, welche mindestens ein
Leuchtmittel (4) aufweist, und zum Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinformationen vom Leuchtmittel (4) an eine Steuereinheit (6) eingerichtet ist,
wobei das Leuchtmittel (4) an der Messanordnung (3) angeordnet ist, wobei
das Batteriesystem (1) ferner aufweist,
eine Steuereinheit (6), welche zu einem Batteriemanagement eingerichtet ist, und
das optische Signal mit Zustandsinformationen des Batteriemoduls (2) kabellos und/oder berührungsfrei an die Steuereinheit (6) übermittelbar ist.
2. Batteriesystem nach Anspruch 1, wobei die Leuchtmittel anordnung ferner eine Lichtleiteranordnung (5) aufweist, welche zum Übermitteln des optischen Signals vom Leuchtmittel (4) an die Steuereinheit (6) eingerichtet ist.
3. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Leuchtmittelanordnung zum Empfang von Steuerinformationen von der Steuereinheit (6) zusätzlich einen optischen Empfänger aufweist .
4. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Signal in Form eines Lichtpulses gesendet wird.
5. Batteriesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messanordnung (3) mit Hilfe eines Stanzgitters an Zellpotentiale des Batteriemoduls (2) angebunden ist.
6. Batteriesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messanordnung (3) mit Hilfe von auf Teilen des Batteriemoduls gedruckten elektrischen Leitungen an Zellpotentiale des Bat teriemoduls (2) angebunden ist.
7. Batteriesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtleiteranordnung (5) in einen Deckel (7) des Batteriemoduls (2) integriert ist.
8. Batteriesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtleiteranordnung (5) eine Interlock-Funktion des Deckels (7) ermöglicht.
9. Batteriesystem (1) nach Anspruch 7, wobei das Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls (2) von der Batteriemodul-Kommunikationsanordnung an die Steuereinheit (6) nur stattfindet, wenn das Batteriesystem (1) vollständig zu sammengebaut ist.
10. Fahrzeug, mit einem Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Verfahren zum Übermitteln von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls, aufweisend:
- Messen von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls,
- Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinfor mationen von der Leuchtmittelanordnung an eine Steuereinheit, wobei die Übermittlung zumindest abschnittsweise kabellos und/oder berührungsfrei erfolgt.
12. Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines Batteriesystems ausgeführt wird, das Batteriesystem anleitet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Messen von Zustandsinformationen eines Batteriemoduls,
- Übermitteln eines optischen Signals mit Zustandsinfor mationen von der Leuchtmittelanordnung an eine Steuereinheit, wobei die Übermittlung zumindest abschnittsweise kabellos und/oder berührungsfrei erfolgt.
13. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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