WO2020104237A1 - Batteriesystem für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben eines batteriesystems - Google Patents

Batteriesystem für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben eines batteriesystems

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WO2020104237A1
WO2020104237A1 PCT/EP2019/080920 EP2019080920W WO2020104237A1 WO 2020104237 A1 WO2020104237 A1 WO 2020104237A1 EP 2019080920 W EP2019080920 W EP 2019080920W WO 2020104237 A1 WO2020104237 A1 WO 2020104237A1
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battery module
poles
current flow
battery
battery system
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PCT/EP2019/080920
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Fabian Hauser
Stefan Teusch
Mehmet Inan
Manuel Hohenauer
Manuel Mangold
Daniel Groezinger
Ulrich Schuetterle
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery system for a motor vehicle, comprising a negative pole, a positive pole, a battery module, a switching unit which is electrically connected in series with the at least one battery module, and a temperature control device for temperature control of the at least one battery module.
  • the invention also relates to a method for operating a
  • Battery system on an electrical system of a motor vehicle, wherein a generator is electrically connected to both poles.
  • Conventional motor vehicles have a drive, which usually comprises an internal combustion engine. Also include conventional ones
  • a generic battery system comprises at least one battery module and a switching unit, by means of which the
  • Battery module can be switched on and off.
  • the battery module has several battery cells.
  • a management system for controlling and monitoring the battery cells of the battery module is also provided.
  • a generic battery system therefore also includes a temperature control device for temperature control of the at least one battery module.
  • Document DE 10 2014 111 517 A1 discloses a vehicle which has an electrical machine, an electrical energy store and a heating element.
  • the heating element is used to heat the electrical Energy storage.
  • the electrical machine can be operated in a generator mode, as a result of which electrical energy is generated with which the electrical energy store can be charged. In certain situations, the heating element can be switched on temporarily so that the generator also feeds the heating element.
  • Document DE 10 2011 077 264 A1 discloses an energy storage device which comprises a plurality of energy storage modules which have heating elements.
  • the heating elements serve to heat the energy cells of the energy storage modules until their temperatures reach one
  • Battery cells which have solid electrolyte cells.
  • the battery cells are assigned heating elements which serve to heat the battery cells.
  • Document DE 10 2016 011 014 A1 describes a method for charging an electrical energy store. The method involves initiating a
  • a partial discharge of the electrical energy store is provided in order to bring about a temperature change in the electrical energy store.
  • Dl shows that a switch device is used to charge the electrical energy store.
  • the electrical energy storage device is switched on by the switch device, which is controlled by a BMS
  • the short-circuit current heats up the battery module due to the high internal resistance.
  • Document DE 10 2012 205 095 A1 relates to a method for heating energy storage cells of an energy storage device with a plurality of energy storage modules connected in series in an energy supply line, each of which comprises an energy storage cell module which has at least one energy storage cell and a coupling device with coupling elements which are designed for this purpose to selectively switch or bypass the energy storage cell module in the energy supply line.
  • the battery cells are replaced by high-frequency, mutual transfer heated by electrical energy from one energy storage module into another energy storage module.
  • FIG. 1A to IC of Dl each show a schematic representation of a battery block, which is provided with a battery cell.
  • the battery cell can be selectively coupled between a first connection node and a second connection node of the battery block using a switch arrangement.
  • Document DE 10 2010 041 068 A1 describes a system for charging at least one energy storage cell in a controllable energy store, which serves for the control and the electrical energy supply of an n-phase electrical machine, with n> 1.
  • FIGS. 2 to 4 each show a controllable energy store, which comprises at least one energy storage module.
  • the at least one energy storage module has at least one energy storage cell and two switches.
  • a battery system for a motor vehicle is proposed.
  • Battery system includes a negative pole, a positive pole
  • Battery module a switching unit which is electrically connected in series with the at least one battery module, and a temperature control device for
  • the battery module has a plurality of battery cells that are inside the
  • Battery module can be connected to each other both in series and in parallel.
  • the battery module also includes a negative terminal and a positive terminal. Between the negative terminal and the positive terminal is one that is supplied by the battery cells of the battery module
  • a charging switch is electrically serial to the
  • the switching unit and the charging switch are arranged and controllable in such a way that in a first operating state of the Bateriesystem a current flow between the two poles through the
  • Temperature control device is enabled, while a current flow between the two poles for charging the battery module is prevented.
  • the switching unit and the charging switch are further arranged and controllable in such a way that in a second operating state of the battery system a current flow between the two poles is prevented by the temperature control device, while a current flow between the two poles is made possible for charging the battery module.
  • the temperature control device In the first operating state of the battery system, the temperature control device is thus electrically connected to both poles, so that a current can flow from one pole through the temperature control device to the other pole, as a result of which the temperature control device generates heat and to the
  • Battery module delivers.
  • the battery module is heated, for example.
  • the first operating state is advantageously selected when the battery module has a relatively low temperature at which charging the battery module can cause damage to the battery cells of the battery module.
  • Temperature control device electrically isolated from at least one of the two poles.
  • the second operating state is advantageously chosen when that
  • Battery module has a sufficiently high temperature at which charging the battery module does not cause damage to the battery cells of the battery module.
  • the battery module can therefore be charged in the second operating state of the battery system.
  • Temperature control device designed as an electrical heating element.
  • Temperature control device designed as an electrical cooling element.
  • the switching unit is preferably designed and controllable in such a way that, in a first switching state of the switching unit, a current flow between the two poles for charging and discharging the battery module is prevented and that in a second switching state of the switching unit, a current flow between the two poles for charging and discharging the
  • the Battery module is enabled.
  • the first switching state of the switching unit can be selected to produce the first operating state of the battery system.
  • the second switching state of the switching unit can be selected to produce the second operating state of the battery system.
  • the switching unit is preferably also designed and controllable in such a way that in a third switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging the battery module is prevented, while a current flow between the two poles for discharging the battery module is made possible.
  • the third switching state of the switching unit can be selected to produce the first operating state of the battery system.
  • the switching unit is preferably also designed and controllable in such a way that in a fourth switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging the battery module is made possible, while a current flow between the two poles for discharging the battery module is prevented.
  • the fourth switching state of the switching unit can be selected to produce the second operating state of the battery system.
  • a current for charging the battery module and a current for discharging the battery module flows from one pole through the switching unit and through the battery module to the other pole.
  • the switching unit is electrical, in particular between one of the poles and one of the terminals of the
  • the switching unit has two electrically serially controllable switches, one diode being electrically connected in parallel to each of the two switches.
  • the two diodes are electrically connected in series. That means one of the two diodes for a current flow to charge the battery module
  • the switches are, for example, semiconductor switches, in particular MOSFET transistors.
  • the diodes can be body diodes belonging to the MOSFET transistors. However, it is also conceivable to connect discrete diodes in parallel to the MOSFET transistors.
  • the switches can also be controllable relays, for example.
  • the charging switch is designed and controllable such that in a first switching state of the charging switch, a current flow between the two poles through the
  • Temperature control device is enabled, and that in a second switching state of the charging switch, a current flow between the two poles through the
  • the Temperature control device is prevented.
  • the first switching state of the charging switch can be selected to produce the first operating state of the battery system.
  • the second switching state of the charging switch can be selected to produce the second operating state of the battery system.
  • the charging switch is designed, for example, as an on / off switch.
  • the charging switch In the first switching state, the charging switch electrically connects the temperature control device to the poles, and in the second switching state it disconnects
  • the charging switch is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay.
  • Charging switch designed as a changeover switch.
  • the charging switch can be controlled such that in a first switching state of the charging switch
  • the first switching state of the charging switch can be selected to produce the first operating state of the battery system.
  • the second switching state of the charging switch can be used to manufacture the second
  • an auxiliary switch is arranged and controlled in such a way that in a third operating state of the
  • Temperature control device is enabled.
  • the temperature control device and the battery module are preferably electrically isolated from at least one of the two poles in the third operating state of the battery system. In the third
  • the operating state of the battery system thus supplies the battery module itself with a current to the temperature control device, as a result of which the temperature control device generates, for example, heat and emits it to the battery module.
  • the auxiliary switch is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay.
  • Battery system proposed on an electrical system of a motor vehicle.
  • a generator of the motor vehicle is electrically connected to both poles of the battery system.
  • the battery system when the generator supplies a generator current and when a temperature of the battery module falls below a predetermined limit value, the battery system is switched to the first operating state. In the first operating state of the battery system, the generator current flows through the temperature control device. The temperature control device thereby generates
  • the operating state is therefore selected when the battery module has a relatively low temperature, which is the predetermined limit value
  • Operating state is selected if the battery module is sufficient has a high temperature which exceeds the predetermined limit value at which charging the battery module does not cause damage to the battery cells of the battery module.
  • the switching unit is controlled to switch the battery system into the first operating state in such a way that current flow between the two poles for charging and discharging the battery module is prevented.
  • the switching unit is therefore switched to the first switching state.
  • the switching unit for switching the battery system into the first operating state, is controlled such that a current flow between the two poles for
  • Switching unit is therefore switched to the third switching state.
  • the charging switch in order to switch the battery system into the first operating state, is driven such that a current flow between the two poles through the
  • Temperature control device is enabled.
  • the charging switch is therefore switched to the first switching state.
  • the charging switch is activated in such a way that current flow between the two poles through the temperature control device is prevented.
  • the charge switch is therefore switched to the second switching state.
  • Embodiment of the invention can be used in particular if the charging switch is designed as an on / off switch.
  • the charging switch is designed as a two-way switch
  • Switching the battery system into the first operating state of the charging switch is preferably controlled such that a current flow between the two poles is made possible by the temperature control device, while a current flow between the two poles is prevented by the battery module.
  • the charging switch is therefore switched to the first switching state.
  • the charging switch is preferably controlled in such a way that a current flow between the two Poles is prevented by the temperature control device, while a current flow between the two poles is made possible by the battery module.
  • the battery system is switched to a third operating state in which current flow from the battery module through the temperature control device is made possible.
  • the battery module thus itself supplies a current to the temperature control device, as a result of which the temperature control device generates, for example, heat and emits it to the battery module, as a result of which the battery module is heated, for example.
  • Battery module can cause damage to the battery cells of the battery module.
  • a generator current supplied by a generator of the motor vehicle can, however, advantageously be used to generate the
  • the battery module can be charged by the generator current.
  • the cells of the battery module can thus be heated to a sufficiently high temperature in a shorter time, and the charging process of the battery module can thus begin at an earlier point in time. Damage to the battery cells due to charging at too low a temperature is advantageously avoided.
  • the optional auxiliary switch additionally enables the battery module to be heated when the internal combustion engine of the motor vehicle is switched off and the generator does not supply any generator current.
  • the battery system according to the invention is Can be used particularly advantageously in regions where the ambient temperature is relatively low.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery system according to a first embodiment on an electrical system of a motor vehicle
  • Figure 2 is a schematic representation of a battery system according to a second embodiment on an electrical system of a motor vehicle and
  • FIG. 3 is a schematic representation of a switching unit.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery system 10 according to a first embodiment on an electrical system 50, one not here
  • the live supply lines in the motor vehicle are referred to as the electrical system 50.
  • the electrical system 50 has a nominal voltage of 12 volts compared to a ground line 55 in the motor vehicle.
  • the motor vehicle also has a generator 52 which is electrically connected to the electrical system 50 and to the ground line 55.
  • the battery system 10 comprises a positive pole 22, which is electrically connected to the electrical system 50.
  • the battery system 10 also includes a negative pole 21, which is electrically connected to the ground line 55.
  • the generator 52 is thus also electrically connected to the positive pole 22 and to the negative pole 21 of the battery system 10.
  • the battery system 10 comprises a battery module 5, which has several
  • Has battery cells which are designed, for example, as lithium-ion cells.
  • the battery cells are connected in series, for example, and supply a nominal voltage of 12 volts. Between a negative terminal 11 and a positive terminal 12 of the battery module 5 there is the nominal voltage of 12 volts supplied by said battery cells.
  • the negative terminal 11 of the battery module 5 is electrically connected to the negative pole 21.
  • the battery system 10 also includes a switching unit 60 which is electrically connected in series with the battery module 5.
  • the switching unit 60 is electrically connected to the positive terminal 12 of the battery module 5 and to the positive pole 22. In the present case, the switching unit 60 can be switched to four different switching states.
  • a current flow between the two poles 21, 22 for charging and for discharging the battery module 5 is prevented.
  • a second switching state of the switching unit 60 is on
  • the battery system 10 further comprises a temperature control device 75 for
  • the temperature control device 75 is present designed as an electrical heating element, for example in the form of a heating resistor. A first connection of the temperature control device 75 is electrically connected to the negative pole 21. If a current through the
  • Temperature control device 75 flows, the temperature control device 75 designed as an electrical heating element generates heat and gives this to the
  • the temperature control device 75 can also be designed as an electrical cooling element, for example in the form of a Peltier element. If a current flows through the temperature control device 75, it withdraws it as electrical
  • Cooling element designed temperature control device 75 the battery module 5 heat. As a result, the battery module 5 is cooled. In particular in the event of overheating of the battery module 5, cooling of the battery module 5 is thus possible. The case of overcharging the battery module 5 is to be assessed more critically at high temperatures than at low temperatures. In the first switching state of the switching unit 60, the battery module 5 can thus be cooled without further heating itself by charging or discharging.
  • the battery system 10 also includes a charging switch 71, which is electrically connected in series with the temperature control device 75.
  • the charging switch 71 is electrically connected to a second connection of the temperature control device 75 and to the positive pole 22.
  • the charging switch 71 is designed as an on / off switch.
  • the charge switch 71 is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay. In a first switching state, the charging switch 71 is closed, as a result of which a current can flow between the poles 21, 22 through the temperature control device 75. In a second switching state, the charging switch 71 is open, as a result of which no current can flow between the poles 21, 22 through the temperature control device 75.
  • the battery system 10 in the present case also includes an auxiliary switch 72.
  • the auxiliary switch 72 is electrically connected to the second connection of the temperature control device 75 and to the positive terminal 12 of the battery module 5.
  • the auxiliary switch 72 is designed as an on / off switch.
  • the auxiliary switch 72 is, for example, a semiconductor switch,
  • auxiliary switch 72 in particular a MOSFET transistor or a controllable relay.
  • Battery module 5 made possible by the temperature control device 75.
  • the battery module 5 itself supplies a current to the temperature control device 75, whereby the temperature control device 75 generates heat, for example, and emits it to the battery module 5.
  • the auxiliary switch 72 When the auxiliary switch 72 is open, no current flow from the battery module 5 through the temperature control device 75 is made possible.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a battery system 10 according to a second embodiment on an on-board network 50 of a motor vehicle, not shown here.
  • Embodiment is largely the same as the battery system 10 according to the first embodiment. The differences are discussed below.
  • the charging switch 71 of the battery system 10 is in the present case as
  • Changeover switch designed and has an input and a first output and a second output.
  • the input of the charge switch 71 is electrically connected to the positive pole 22.
  • the first exit of the charge switch 71 is electrically connected to the positive pole 22.
  • Charging switch 71 is electrically connected to the second connection of the temperature control device 75.
  • the second output of the charging switch 71 is electrically connected to the switching unit 60.
  • Charging switch 71 is electrically connected to the first output. This enables current flow between the two poles 21, 22 through the temperature control device 75, while current flow between the two poles 21, 22 through the battery module 5 is prevented.
  • the input of the charging switch 71 is electrically connected to the second output. This prevents a current flow between the two poles 21, 22 through the temperature control device 75, while a current flow between the two poles 21, 22 is made possible through the battery module 5, provided that the switching unit 60 also enables a current flow.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a switching unit 60
  • Switching unit 60 has a first switch 61 and a second switch 62, which are electrically connected in series.
  • the switching unit 60 further has a first diode 63, which is electrically connected in parallel with the first switch 61, and a second diode 64, which is electrically connected in parallel with the second switch 62.
  • the switches 61, 62 are, for example, controllable semiconductor switches, in particular MOSFET transistors.
  • the diodes 63, 64 can be body diodes belonging to the MOSFET transistors. However, it is also conceivable to connect discrete diodes 63, 64 in parallel to the two MOSFET transistors.
  • the two diodes 63, 64 are electrically connected in series.
  • the first diode 63 is transparent in one direction and blocks in the other direction.
  • the second diode 64 is transparent in the other direction and blocks in one direction.
  • the switching unit 60 is arranged in the battery system 10 such that the first diode 63 is permeable to a current flow for charging the battery module 5 and blocks a current flow for discharging the battery module 5.
  • the second diode 64 is for one

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Batteriemodul (5), eine Schalteinheit (60), welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul (5) geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung (75) zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls (5). Dabei ist ein Ladeschalter (71) elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung (75) geschaltet ist, und die Schalteinheit (60) und der Ladeschalter (71) sind derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem ersten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, und dass in einem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (10) an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs.

Description

Batteriesvstem für ein Kraftfahrzeug und
Verfahren zum Betreiben eines Batteriesvstems
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol, einen positiven Pol, ein Batteriemodul, eine Schalteinheit, welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines
erfindungsgemäßen Batteriesystems an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Generator mit beiden Polen elektrisch verbunden ist.
Stand der Technik
Konventionelle Kraftfahrzeuge weisen einen Antrieb auf, welcher üblicherweise einen Verbrennungsmotor umfasst. Ferner umfassen konventionelle
Kraftfahrzeuge ein Batteriesystem zur Versorgung eines Anlassers und weiterer Verbraucher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie sowie einen Generator zum Laden des Batteriesystems. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst mindestens ein Batteriemodul und eine Schalteinheit, mittels der das
Batteriemodul zugeschaltet sowie abgeschaltet werden kann. Das Batteriemodul weist dabei mehrere Batteriezellen auf. Ferner ist ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der Batteriezellen des Batteriemoduls vorgesehen.
Wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist kann ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst daher auch eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls.
Dokument DE 10 2014 111 517 Al offenbart ein Fahrzeug, welches eine elektrische Maschine, einen elektrischen Energiespeicher und ein Heizelement aufweist. Das Heizelement dient dabei zum Erwärmen des elektrischen Energiespeichers. Die elektrische Maschine kann in einem Generatormodus betrieben werden, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, mit welcher der elektrische Energiespeicher geladen werden kann. In bestimmten Situationen kann das Heizelement temporär zugeschaltet werden, so dass der Generator auch das Heizelement speist.
Dokument DE 10 2011 077 264 Al offenbart eine Energiespeichereinrichtung, welche mehrere Energiespeichermodule umfasst, welche Heizelemente aufweisen. Die Heizelemente dienen dabei zum Erwärmen der Energiezellen der Energiespeichermodule, bis deren Temperaturen eine
Betriebstemperaturschwelle erreicht haben.
Dokument DE 10 2016 222 796 Al offenbart eine Batterie mit mehreren
Batteriezellen, welche Feststoffelektrolytzellen aufweisen. Den Batteriezellen sind Heizelemente zugeordnet, welche zum Erwärmen der Batteriezellen dienen.
Dokument DE 10 2016 011 014 Al beschreibt ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers. Das Verfahren weist ein Einleiten eines
Ladevorgangs zum Laden des elektrischen Energiespeichers auf. Dabei ist ein teilweises Entladen des elektrischen Energiespeichers vorgesehen, um eine Temperaturänderung an dem elektrischen Energiespeichers zu bewirken. Aus Dl geht hervor, dass eine Schaltereinrichtung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers verwendet wird. Durch die Schaltereinrichtung, welche von einem BMS gesteuert wird, wird der elektrische Energiespeicher
kurzgeschlossen. Mit dem Kurzschlussstrom wird das Batteriemodul aufgrund des hohen Innenwiderstands aufgeheizt.
Dokument DE 10 2012 205 095 Al betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Dabei werden die Batteriezellen durch hochfrequentes, wechselseitiges Transferieren von elektrischer Energie von einem Energiespeichermodul in ein anderes Energiespeichermodul aufgeheizt.
Dokument DE 10 2014 110 380 Al betrifft eine Steuerung einer Batterie und entsprechende Vorrichtungen und Verfahren. Figuren 1A bis IC der Dl zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Batterieblocks, welcher mit einer Batteriezelle versehen ist. Die Batteriezelle kann unter Verwendung einer Schalteranordnung selektiv zwischen einem ersten Verbindungsknoten und einem zweiten Verbindungsknoten des Batterieblocks gekoppelt werden.
Dokument DE 10 2010 041 068 Al beschreibt ein System zum Laden mindestens einer Energiespeicherzelle in einem steuerbaren Energiespeicher, welcher der Steuerung und der elektrischen Energieversorgung einer n-phasigen elektrischen Maschine, mit n > 1, dient. Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils einen steuerbaren Energiespeicher, welcher mindestens ein Energiespeichermodul umfasst. Das mindestens eine Energiespeichermodul weist mindestens eine Energiespeicherzelle und zwei Schalter auf.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das
Batteriesystem umfasst einen negativen Pol, einen positiven Pol, ein
Batteriemodul, eine Schalteinheit, welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung zum
Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls.
Das Batteriemodul weist mehrere Batteriezellen auf, die innerhalb des
Batteriemoduls sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltetet sein können. Das Batteriemodul umfasst ferner ein negatives Terminal und ein positives Terminal. Zwischen dem negativen Terminal und dem positiven Terminal liegt eine von den Batteriezellen des Batteriemoduls gelieferte
Spannung an.
Erfindungsgemäß ist ein Ladeschalter elektrisch seriell zu der
Temperiereinrichtung geschaltet. Die Schalteinheit und der Ladeschalter sind derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem ersten Betriebszustand des Bateriesystems ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die
Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Bateriemoduls verhindert ist. Die Schalteinheit und der Ladeschalter sind ferner derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem zweiten Betriebszustand des Bateriesystems ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Bateriemoduls ermöglicht ist.
In dem ersten Betriebszustand des Bateriesystems ist die Temperiereinrichtung somit mit beiden Polen elektrisch verbunden, so dass ein Strom von dem einen Pol durch die Temperiereinrichtung zu dem anderen Pol fließen kann, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das
Bateriemodul abgibt. Dadurch findet beispielsweise eine Erwärmung des Bateriemoduls stat. Der erste Betriebszustand wird vorteilhaft dann gewählt, wenn das Bateriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Bateriemoduls eine Schädigung der Bateriezellen des Bateriemoduls verursachen kann.
In dem zweiten Betriebszustand des Bateriesystems ist die
Temperiereinrichtung von mindestens einem der beiden Pole elektrisch getrennt. Der zweite Betriebszustand wird vorteilhaft dann gewählt, wenn das
Bateriemodul eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Bateriemoduls keine Schädigung der Bateriezellen des Bateriemoduls verursacht. Das Bateriemodul kann also in dem zweiten Betriebszustand des Bateriesystems aufgeladen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Temperiereinrichtung als elektrisches Heizelement ausgestaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Temperiereinrichtung als elektrisches Kühlelement ausgestaltet.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des Bateriemoduls verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des
Batteriemoduls ermöglicht ist. Der erste Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit auch derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem dritten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls ermöglicht ist. Der dritte Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit ferner derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem vierten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls verhindert ist. Der vierte Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.
Ein Strom zum Aufladen des Batteriemoduls sowie ein Strom zum Entladen des Batteriemoduls fließt dabei von dem einen Pol durch die Schalteinheit und durch das Batteriemodul zu dem anderen Pol. Die Schalteinheit ist dabei elektrisch insbesondere zwischen einem der Pole und einem der Terminals des
Batteriemoduls angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinheit zwei elektrisch seriell geschaltete ansteuerbare Schalter auf, wobei jeweils eine Diode elektrisch parallel zu jedem der beiden Schalter geschaltet ist. Dabei sind die beiden Dioden elektrisch antiseriell geschaltet. Das bedeutet, dass eine der beiden Dioden für einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls
durchlässig ist und einen Stromfluss zum Entladen sperrt, während die andere der beiden Dioden für einen Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls durchlässig ist und einen Stromfluss zum Aufladen sperrt. Bei den Schaltern handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden parallel zu den MOSFET-Transistoren zu schalten. Bei den Schaltern kann es sich beispielsweise auch um ansteuerbare Relais handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ladeschalter derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die
Temperiereinrichtung ermöglicht ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand des Ladeschalters ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die
Temperiereinrichtung verhindert ist. Der erste Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.
Der Ladeschalter ist dazu beispielsweise als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. In dem ersten Schaltzustand verbindet der Ladeschalter die Temperiereinrichtung elektrisch mit den Polen, und in dem zweiten Schaltzustand trennt der
Ladeschalter die Temperiereinrichtung elektrisch von einem der beiden Pole. Bei dem Ladeschalter handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Ladeschalter als Wechselschalter ausgebildet. Dabei ist der Ladeschalter derart ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters ein
Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul ermöglicht ist. Der erste Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des zweiten
Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Hilfsschalter derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem dritten Betriebszustand des
Batteriesystems ein Stromfluss von dem Batteriemodul durch die
Temperiereinrichtung ermöglicht ist. Vorzugsweise sind die Temperiereinrichtung und das Batteriemodul in dem dritten Betriebszustand des Batteriesystems von mindestens einem der beiden Pole elektrisch getrennt. In dem dritten
Betriebszustand des Batteriesystems liefert somit das Batteriemodul selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das Batteriemodul abgibt. Bei dem Hilfsschalter handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen
Batteriesystems an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Dabei ist ein Generator des Kraftfahrzeugs mit beiden Polen des Batteriesystems elektrisch verbunden.
Erfindungsgemäß wird, wenn der Generator einen Generatorstrom liefert, und wenn eine Temperatur des Batteriemoduls einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, das Batteriesystem in den ersten Betriebszustand geschaltet. In dem ersten Betriebszustand des Batteriesystems fließt der Generatorstrom durch die Temperiereinrichtung. Dadurch erzeugt die Temperiereinrichtung
beispielsweise Wärme und gibt diese an das Batteriemodul ab. Dadurch findet beispielsweise eine Erwärmung des Batteriemoduls statt. Der erste
Betriebszustand wird also gewählt, wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, welche den vorgegebenen Grenzwert
unterschreitet, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen kann.
Wenn der Generator einen Generatorstrom liefert, und wenn die Temperatur des Batteriemoduls den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird das
Batteriesystem in den zweiten Betriebszustand geschaltet. In dem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems fließt der Generatorstrom durch das Batteriemodul. Dadurch wird das Batteriemodul aufgeladen. Der zweite
Betriebszustand wird also gewählt, wenn das Batteriemodul eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, welche den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls keine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursacht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls verhindert ist. Die Schalteinheit wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum
Aufladen des Batteriemoduls verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls ermöglicht ist. Die
Schalteinheit wird also in den dritten Schaltzustand geschaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die
Temperiereinrichtung ermöglicht ist. Der Ladeschalter wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet. Zum Schalten des Batteriesystems in den zweiten Betriebszustand wird der Ladeschalter derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist. Der Ladeschalter wird also in den zweiten Schaltzustand geschaltet. Diese
Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere angewendet werden, wenn der Ladeschalter als Ein/Aus-Schalter ausgebildet ist.
Wenn der Ladeschalter als Wechselschalter ausgebildet ist, so wird zum
Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter vorzugsweise derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul verhindert ist. Der
Ladeschalter wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet. Zum Schalten des Batteriesystems in den zweiten Betriebszustand wird der Ladeschalter vorzugsweise derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul ermöglicht ist. Der
Ladeschalter wird also in den zweiten Schaltzustand geschaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird, wenn der Generator keinen Generatorstrom liefert und eine Temperatur des Batteriemoduls den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, das Batteriesystem in einen dritten Betriebszustand geschaltet, in welchem ein Stromfluss von dem Batteriemodul durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist. In dem dritten Betriebszustand des Batteriesystems liefert somit das Batteriemodul somit selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das Batteriemodul abgibt, wodurch das Batteriemodul beispielsweise erwärmt wird.
Vorteile der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, ist vorteilhaft sichergestellt, dass das Batteriemodul nicht geladen wird, wenn das Batteriemodul eine
verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des
Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen kann. Ein von einem Generator des Kraftfahrzeugs gelieferter Generatorstrom kann jedoch vorteilhaft genutzt werden, um die
Temperiereinrichtung zum Beheizen oder zum Kühlen des Batteriemoduls zu versorgen. Wenn das Batteriemodul dann eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls keine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls mehr verursacht, kann das Batteriemodul von dem Generatorstrom aufgeladen werden. Die Zellen des Batteriemoduls können somit in verkürzter Zeit auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden, und damit kann der Ladevorgang des Batteriemoduls bereits zu einem früheren Zeitpunkt beginnen. Eine Schädigung der Batteriezellen durch ein Aufladen bei zu geringer Temperatur ist vorteilhaft vermieden. Der optionale Hilfsschalter ermöglicht dabei zusätzlich eine Erwärmung des Batteriemoduls, wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet ist und der Generator keinen Generatorstrom liefert. Das erfindungsgemäße Batteriesystem ist besonders vorteilhaft in Regionen nutzbar, in denen verhältnismäßig geringe Umgebungstemperaturen herrschen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit. Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines hier nicht
dargestellten Kraftfahrzeugs. Als Bordnetz 50 werden in diesem Zusammenhang die spannungsführenden Versorgungsleitungen in dem Kraftfahrzeug bezeichnet. Das Bordnetz 50 weist vorliegend eine Nominalspannung von 12 Volt gegenüber einer Masseleitung 55 in dem Kraftfahrzeug auf. Das Kraftfahrzeug weist auch einen Generator 52 auf, welcher mit dem Bordnetz 50 und mit der Masseleitung 55 elektrisch verbunden ist. Das Bateriesystem 10 umfasst einen positiven Pol 22, welcher mit dem Bordnetz 50 elektrisch verbunden ist. Das Bateriesystem 10 umfasst auch einen negativen Pol 21, welcher mit der Masseleitung 55 elektrisch verbunden ist. Der Generator 52 ist somit auch mit dem positiven Pol 22 sowie mit dem negativen Pol 21 des Bateriesystems 10 elektrisch verbunden.
Das Bateriesystem 10 umfasst ein Bateriemodul 5, welches mehrere
Bateriezellen aufweist, welche beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Die Bateriezellen sind beispielsweise in Serie geschaltet und liefern eine Nominalspannung von 12 Volt. Zwischen einem negativen Terminal 11 und einem positiven Terminal 12 des Bateriemoduls 5 liegt die von den besagten Bateriezellen gelieferte Nominalspannung von 12 Volt an. Das negative Terminal 11 des Bateriemoduls 5 ist mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden.
Das Bateriesystem 10 umfasst auch eine Schalteinheit 60, welche elektrisch seriell zu dem Bateriemodul 5 geschaltet ist. Die Schalteinheit 60 ist dabei mit dem positiven Terminal 12 des Bateriemoduls 5 und mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Die Schalteinheit 60 kann vorliegend in vier verschiedene Schaltzustände geschaltet werden.
In einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen sowie zum Entladen des Bateriemoduls 5 verhindert. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein
Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen sowie zum Entladen des Bateriemoduls 5 ermöglicht. In einem driten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen des Bateriemoduls 5 verhindert, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Entladen des Bateriemoduls 5 ermöglicht ist. In einem vierten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen des Bateriemoduls 5 ermöglicht, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Entladen des Bateriemoduls 5 verhindert ist.
Das Bateriesystem 10 umfasst ferner eine Temperiereinrichtung 75 zum
Temperieren des Bateriemoduls 5. Die Temperiereinrichtung 75 ist vorliegend als elektrisches Heizelement, beispielsweise in Form eines Heizwiderstandes, ausgestaltet. Ein erster Anschluss der Temperiereinrichtung 75 ist mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden. Wenn ein Strom durch die
Temperiereinrichtung 75 fließt, so erzeugt die als elektrisches Heizelement ausgestaltete Temperiereinrichtung 75 Wärme und gibt diese an das
Batteriemodul 5 ab. Dadurch findet eine Erwärmung des Batteriemoduls 5 statt.
Die Temperiereinrichtung 75 kann auch als elektrisches Kühlelement, beispielsweise in Form eines Peltierelements, ausgestaltet sein. Wenn ein Strom durch die Temperiereinrichtung 75 fließt, so entzieht die als elektrisches
Kühlelement ausgestaltete Temperiereinrichtung 75 dem Batteriemodul 5 Wärme. Dadurch findet eine Kühlung des Batteriemoduls 5 statt. Insbesondere im Fall einer Überhitzung des Batteriemoduls 5 ist somit eine Kühlung des Batteriemoduls 5 möglich. Der Fall des Überladens des Batteriemoduls 5 ist bei hohen Temperaturen kritischer zu bewerten als bei niedrigen Temperaturen. In dem ersten Schaltzustand der Schalteinheit 60 kann das Batteriemodul 5 somit gekühlt werden ohne sich durch Laden oder Entladen weiter selbst zu erhitzen.
Das Batteriesystem 10 umfasst auch einen Ladeschalter 71, welche elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung 75 geschaltet ist. Der Ladeschalter 71 ist dabei mit einem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 und mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der Ladeschalter 71 ist vorliegend als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. Bei dem Ladeschalter 71 handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET- Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais. In einem ersten Schaltzustand ist der Ladeschalter 71 geschlossen, wodurch ein Strom zwischen den Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 fließen kann. In einem zweiten Schaltzustand ist der Ladeschalter 71 geöffnet, wodurch kein Strom zwischen den Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 fließen kann.
Das Batteriesystem 10 umfasst vorliegend auch einen Hilfsschalter 72. Der Hilfsschalter 72 ist dabei mit dem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 und mit dem positiven Terminal 12 des Batteriemoduls 5 elektrisch verbunden. Der Hilfsschalter 72 ist vorliegend als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. Bei dem Hilfsschalter 72 handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter,
insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais. Wenn der Hilfsschalter 72 geschlossen ist, so ist ein Stromfluss von dem
Batteriemodul 5 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht. Dadurch liefert das Batteriemodul 5 selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung 75, wodurch die Temperiereinrichtung 75 beispielsweise Wärme erzeugt und diese an das Batteriemodul 5 abgibt. Wenn der Hilfsschalter 72 geöffnet ist, so ist kein Stromfluss von dem Batteriemodul 5 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Batteriesystem 10 gemäß der zweiten
Ausführungsform ist weitgehend gleichartig wie das Batteriesystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird auf die Unterschiede eingegangen.
Der Ladeschalter 71 des Batteriesystems 10 ist dabei vorliegend als
Wechselschalter ausgebildet und weist einen Eingang sowie einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf. Der Eingang des Ladeschalters 71 ist mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der erste Ausgang des
Ladeschalters 71 ist mit dem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 elektrisch verbunden. Der zweite Ausgang des Ladeschalters 71 ist mit der Schalteinheit 60 elektrisch verbunden.
In einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters 71 ist der Eingang des
Ladeschalters 71 mit dem ersten Ausgang elektrisch verbunden. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch das Batteriemodul 5 verhindert ist. In einem zweiten Schaltzustand des Ladeschalters 71 ist der Eingang des Ladeschalters 71 mit dem zweiten Ausgang elektrisch verbunden. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 verhindert, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch das Batteriemodul 5 ermöglicht ist, sofern auch die Schalteinheit 60 einen Stromfluss ermöglicht. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit 60. Die
Schalteinheit 60 weist einen ersten Schalter 61 und einen zweiten Schalter 62 auf, welche elektrisch seriell geschaltet sind. Die Schalteinheit 60 weist ferner eine erste Diode 63, die elektrisch parallel zu dem ersten Schalter 61 geschaltet ist, und eine zweite Diode 64, die elektrisch parallel zu dem zweiten Schalter 62 geschaltet ist, auf.
Bei den Schaltern 61, 62 handelt es sich beispielsweise um ansteuerbare Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden 63, 64 kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden 63, 64 parallel zu den beiden MOSFET-Transistoren zu schalten.
Die beiden Dioden 63, 64 sind elektrisch antiseriell geschaltet. Die erste Diode 63 ist in die eine Richtung durchlässig und sperrt in die andere Richtung. Die zweite Diode 64 ist in die andere Richtung durchlässig und sperrt in die eine Richtung. Beispielsweise ist die Schalteinheit 60 derart in dem Batteriesystem 10 angeordnet, dass die erste Diode 63 für einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls 5 durchlässig ist und einen Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls 5 sperrt. In diesem Fall ist die zweite Diode 64 für einen
Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls 5 durchlässig und sperrt einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls 5.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Bateriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend
einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Bateriemodul (5), eine Schalteinheit (60), welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Bateriemodul (5) geschaltet ist, und
eine Temperiereinrichtung (75) zum Temperieren des mindestens einen
Bateriemoduls (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ladeschalter (71) elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung (75) geschaltet ist, und dass
die Schalteinheit (60) und der Ladeschalter (71) derart angeordnet und ansteuerbar sind, dass
in einem ersten Betriebszustand des Bateriesystems (10)
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des
Bateriemoduls (5) verhindert ist, und dass
in einem zweiten Betriebszustand des Bateriesystems (10)
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des
Bateriemoduls (5) ermöglicht ist.
2. Bateriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (75) als elektrisches Heizelement ausgestaltet ist.
3. Bateriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (75) als elektrisches Kühlelement ausgestaltet ist.
4. Bateriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinheit (60) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Bateriemoduls
(5) verhindert ist, und dass
in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Bateriemoduls (5) ermöglicht ist.
5. Bateriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinheit (60) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem driten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Bateriemoduls (5) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Entladen des Bateriemoduls (5) ermöglicht ist, und/oder dass in einem vierten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Bateriemoduls (5) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum
Entladen des Bateriemoduls (5) verhindert ist.
6. Bateriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinheit (60) zwei elektrisch seriell geschaltete Schalter (61, 62) aufweist, wobei jeweils eine Diode (63, 64) elektrisch parallel zu jedem der Schalter (61, 62) geschaltet ist, und wobei
die Dioden (63, 64) elektrisch antiseriell geschaltet sind.
7. Bateriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Ladeschalter (71) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, und dass
in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist.
8. Bateriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass
der Ladeschalter (71) als Wechselschalter ausgebildet und derart ansteuerbar ist, dass
in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Bateriemodul (5) verhindert ist, und dass
in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das
Bateriemodul (5) ermöglicht ist.
9. Bateriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Hilfsschalter (72) derart angeordnet und ansteuerbar ist, dass in einem driten Betriebszustand des Bateriesystems (10)
ein Stromfluss von dem Bateriemodul (5) durch die
Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Generator (52) mit beiden Polen (21, 22) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
wenn der Generator (52) einen Generatorstrom liefert,
das Batteriesystem (10) in den ersten Betriebszustand geschaltet wird, wenn eine Temperatur des Batteriemoduls (5) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, und dass
das Batteriesystem (10) in den zweiten Betriebszustand geschaltet wird, wenn die Temperatur des Batteriemoduls (5) den vorgegebenen
Grenzwert überschreitet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit (60) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit (60) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Entladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass
zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, und dass
zum Schalten des Batteriesystems (10) in den zweiten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) verhindert ist
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass
der Ladeschalter (71) als Wechselschalter ausgebildet ist, und dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) verhindert ist, und dass
zum Schalten des Batteriesystems (10) in den zweiten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass
ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die
Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) ermöglicht ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass
wenn der Generator (52) keinen Generatorstrom liefert und die
Temperatur des Batteriemoduls (5) den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet,
das Batteriesystem (10) in einen dritten Betriebszustand geschaltet wird, in welchem ein Stromfluss von dem Batteriemodul (5) durch die
Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist.
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