WO2024121214A1 - Verfahren zur strombegrenzung für ein multipack-batteriesystem während des vorladens von externen kapazitäten, ein batteriesteuergerät, ein computerprogramm, ein computerlesbares speichermedium, eine batterie und ein kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur strombegrenzung für ein multipack-batteriesystem während des vorladens von externen kapazitäten, ein batteriesteuergerät, ein computerprogramm, ein computerlesbares speichermedium, eine batterie und ein kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for current limitation for a multipack battery system for a motor vehicle, a battery control unit, a computer program, a computer-readable storage medium and a motor vehicle.
  • Electrical consumers in a battery-powered motor vehicle can have an electrical capacity.
  • the electrical consumer can be, for example, an electric motor and an inverter.
  • the inverter can have different capacities for power conversion depending on the power of the electric motor. If a battery is electrically connected to the electrical consumer and in particular to the inverter, this can lead to a high current for a short time, which flows into the capacity and charges it.
  • the current can be as high as a short-circuit current. Over time, this current can damage or even destroy components of the multipack battery system and is therefore undesirable.
  • resistant components can be used, for example, which can withstand the said current, but this can be expensive. It is therefore advantageous to limit the current when switching on.
  • a battery with at least one resistor is known from DE 102014 105 764 A1.
  • the multipack battery system comprises at least one group which has at least one battery pack and is electrically connected to a battery connection, wherein each group has at least one pre-charging resistor, optionally at least two pre-charging resistors connected electrically in series.
  • the method is characterized in that at least two pre-charging resistors are switched on before or at a switching time at which the battery connection is electrically connected to an electrical capacity of an electrical consumer.
  • At least one pre-charging resistor and/or at least two pre-charging resistors are switched on from at least two groups of the multipack battery system.
  • the multipack battery system can accordingly comprise at least two groups, each of which has at least one pre-charging resistor, wherein before or at the switching time at least two groups are electrically connected to the battery connection and a pre-charging resistor is switched on in at least two of the groups.
  • the multipack battery system can comprise at least one group, each of which has at least two pre-charging resistors connected in series, wherein before or at the switching time the group is electrically connected to the battery connection and at least two pre-charging resistors of the group are switched on.
  • the respective group can have a battery management system which is designed to switch on at least one pre-charging resistor in the respective group.
  • the group can be a string of the multipack battery system.
  • the multipack battery system can comprise a number of groups connected electrically in parallel, which can be electrically connected to the battery connection by means of a switching arrangement.
  • the groups can each have a number of battery packs connected electrically in series, for example two battery packs.
  • the battery packs can in turn have a number of battery modules and/or battery cells connected in series.
  • a switch arrangement in a group can be designed to use at least one switching element to electrically connect the pre-charging resistor in series with the at least one battery pack in the respective group and/or to bridge the pre-charging resistor.
  • the pre-charging resistors can thus be electrically connected in series with the battery packs of the group using the switch arrangement, so that the respective pre-charging resistor is electrically connected between the multi-pack battery system and the electrical consumer.
  • An electrical consumer can be supplied with electrical energy from the multi-pack battery system via the battery connection.
  • the battery connection can be electrically connected to the terminals of the respective groups via the switching arrangement.
  • the respective group can be electrically connected to or disconnected from the switching arrangement using at least one switching element.
  • the groups can be constructed identically, i.e. in particular they can comprise the same number of battery packs and the same number of switch arrangements.
  • the respective group can comprise two battery packs and two switch arrangements.
  • the battery packs in the respective group can, for example, have a terminal voltage of 280 V to 425 V or from 425 V to 850 V.
  • the multipack battery system can, for example, comprise five or ten groups, each of which has two battery packs with a terminal voltage of 425 V each.
  • the pre-charging resistors in the groups can be the pre-charging resistors of the respective battery packs.
  • the groups can be electrically separated from one another and/or from the battery connection before the switching time. Before or at the switching time, at least one group of the multipack battery system can be selected and this can be electrically connected to the battery connection via the switching arrangement using the switching elements.
  • At least one pre-charging resistor from one group or from at least two groups can be switched on.
  • the switching on of the pre-charging resistor can be an electrical switching of the respective pre-charging resistor in series between the battery pack and the battery output, wherein the disconnection of the pre-charging resistor can be a bridging of the pre-charging resistor by the switch arrangement.
  • the battery management systems of the respective groups can switch on the pre-charging resistors independently of one another, so that a time delay occurs when switching on and a single pre-charging resistor has to absorb the electrical energy of a temporary short-circuit current between the multipack battery system and the capacity.
  • the battery management systems can be uncoordinated with one another, so that the time delay occurs randomly or statistically.
  • the short-circuit current of the multipack battery system can damage the respective connected pre-charging resistor if a pulse duration t p is exceeded.
  • the respective group and/or the multipack battery system can be electrically separated from the battery connection after the pulse duration has elapsed.
  • the pulse duration can be proportional to a ratio of an equivalent total resistance of all connected pre-charging resistors R eq to a single pre-charging resistor R, which can be expressed by the ratio t p oo- ⁇ . The smaller the value of the respective pre-charging resistor, the smaller the pulse duration can be.
  • R en denotes a total resistance which is formed by connecting the pre-charging resistors and by the switching arrangement itself.
  • the charging time of the capacity is proportional to the time constant and thus proportional to the total resistance.
  • the total resistance is reduced. If, however, at least two pre-charging resistors are connected in series the total resistance increases. If at least two groups connected in parallel, each with a pre-charging resistor, are connected, the charging time can be reduced accordingly. On the other hand, if pre-charging resistors connected in series within a group are connected, the charging time can be extended. The pulse duration can therefore be proportional to the resistance value of the total resistor.
  • the pulse duration at a battery voltage of 850 V with a single pre-charging resistor can be 10 to 125 milliseconds if the pre-charging resistor has a resistance value of 25 n.
  • the pre-charging resistor can be electrically isolated or bridged within the pulse duration.
  • this can reduce the amplitude of the electrical power of a charging current that acts on the respective pre-charging resistor that is connected and that flows from the multipack battery system via the battery connection to the capacity and charges it.
  • the electrical energy of the charging current can thus be delivered more evenly to the respective pre-charging resistor, which means that the pre-charging resistor and in particular its materials can be protected and its service life can be extended.
  • the electrical energy from the charging current is converted into heat in the pre-charging resistor, which can be reduced by connecting multiple pre-charging resistors, in particular at least two pre-charging resistors.
  • battery system can be expanded without additional hardware changes or adjustments.
  • multipack battery systems designed for use in passenger cars can also be used in commercial vehicles without changing the hardware.
  • Commercial vehicles typically have inverters with a larger capacity than in passenger cars, which would require pre-charging resistors that are adapted accordingly in order to limit the charging currents. This means that hardware adaptations intended for this purpose are no longer necessary.
  • the adaptation to different capacities can now be achieved using the method described above by means of software coding for the corresponding vehicle type.
  • At least two groups each of which comprises at least one pre-charging resistor, can be selected and electrically connected to the battery connection, with at least one pre-charging resistor being switched on in the selected groups.
  • at least one pre-charging resistor can be switched on from at least one group, optionally from each group of the multipack battery system, to limit the current. This allows electrical energy, which is converted into heat in the switched on pre-charging resistors, to be distributed over several pre-charging resistors and over several groups.
  • a first pre-charging resistor can be connected from each group of the multipack battery system. Since the groups are connected in parallel to one another via the switching arrangement, the connected pre-charging resistors are also connected in parallel via the switching arrangement. This means that the total resistance of the connected resistors can be reduced via the parallel connection compared to a single pre-charging resistor, which also reduces the charging time of the capacity.
  • At least one second pre-charging resistor in the respective group which is connected in series with the first pre-charging resistor within the group, the total resistance of the connected pre-charging resistors can be increased and thus the charging time of the capacity can be extended.
  • At least two groups of the multipack battery system can be selected for connecting the pre-charging resistors, whereby the number of selected groups for connecting the pre-charging resistors can increase in proportion to the size of the capacity until the number of selected groups equals the total number of groups of the multipack battery system.
  • two groups can be used to connect the Pre-charging resistors are selected to limit the current and, when the multipack battery system is electrically connected to an inverter of an electric motor of a commercial vehicle with a larger capacity, at least three groups or all groups of the multipack battery system are selected, proportional to the size of the capacity.
  • the multipack battery system comprises five or ten groups, each with at least two pre-charging resistors, and one pre-charging resistor in each group is electrically connected to the switching arrangement, the electrical energy dropped on each pre-charging resistor can be reduced, the charging time of the capacity being one fifth of an equivalent charging time of the capacity with only one pre-charging resistor. If, in addition, two pre-charging resistors are connected in each group, the electrical energy dropped on each pre-charging resistor can be reduced by a factor of 10, while the charging time of the capacity is two fifths of an equivalent charging time of the capacity with only one pre-charging resistor.
  • the multipack battery system can supply electrical consumers with different capacities with electrical energy without additional hardware adjustments.
  • a group comprising at least two pre-charging resistors can be selected and electrically connected to the battery connection, with the at least two pre-charging resistors being switched on in the selected group.
  • several pre-charging resistors can be switched on within a group to limit the current. Since the groups are connected in parallel via the switching arrangement, one group can be selected from the groups of the multipack battery system and electrically connected to the switching arrangement and/or the battery connection by means of at least one switching element.
  • the selected group can comprise at least two pre-charging resistors which are electrically connected in series.
  • the selected group may comprise a first pre-charging resistor and at least one second pre-charging resistor.
  • the number of second pre-charging resistors can be proportional to the size of the capacity. For example, with a small capacity, e.g. a capacity of less than 5 mF, a second pre-charging resistor can be connected in series with the first pre-charging resistor in the group, and with a large capacity, e.g. greater than 10 mF, at least two second pre-charging resistors can be connected in series with the first pre-charging resistor within the group.
  • This has the advantage that the multipack battery system can supply electrical consumers with different electrical capacities with electrical energy without additional hardware adaptation.
  • a different group can be selected each time the multipack battery system is electrically connected to the electrical consumer.
  • the selected group can be changed after a switch-on process.
  • the group can be selected according to a criterion, such as the group with the lowest terminal voltage and/or the group with the lowest number of charging cycles.
  • the at least two pre-charging resistors can be switched on simultaneously or individually at different times.
  • at least two pre-charging resistors in a group and/or in at least two groups can be switched on simultaneously or individually in a cascade.
  • the pre-charging resistors can be switched on individually one after the other.
  • the pre-charging resistors in the cascade can be switched on individually at different times until a switching time has elapsed.
  • the switching time can, for example, be a time threshold value at which the capacity is at least 95% charged, such as three times a time constant of an RC equivalent circuit comprising a single pre-charging resistor and the capacity.
  • the respective pre-charging resistor can be switched on individually over a pulse duration, whereby the pre-charging resistor can optionally be electrically separated from the battery connection after the pulse duration has elapsed via a pause time.
  • pre-charging resistors connected electrically in series can be switched on at different times over the pulse duration.
  • the pre-charging resistors can be switched on individually in a cascade and electrically separated or bridged again after the pulse duration has elapsed, while a subsequent pre-charging resistor is switched on after the pulse duration has elapsed at the same time as the electrical separation or bridge.
  • a first pre-charging resistor can be switched on for the duration of the pulse at the switching time and then a second pre-charging resistor after the pulse duration has elapsed.
  • the first pre-charging resistor can be electrically disconnected or bridged after the pulse duration has elapsed. The process can be continued until all pre-charging resistors in the group are switched on or until the connection time has elapsed.
  • a first pre-charging resistor in a first group can be switched on over the pulse duration.
  • a second group can be electrically connected to the switching arrangement and a first pre-charging resistor in the second group can be switched on.
  • the first pre-charging resistor of the first group and/or the first group can be electrically separated. The said process can be continued until all groups are electrically connected to the switching arrangement or have already been connected once after the switching time.
  • a second pre-charging resistor can be switched on in the first group over the pulse duration. After the pulse duration has elapsed, a second pre-charging resistor can then be switched on in the second group. In addition, the second pre-charging resistor of the first group and/or the first group can be electrically disconnected. The said process can be continued until all Pre-charging resistors are connected in all groups of the multipack battery system or have already been connected once after the switching point.
  • the time-delayed, group-wise switching on of the pre-charging resistors can be achieved, for example, by an uncoordinated control of at least one pre-charging resistor in a group by the respective battery management system of the group.
  • Each group of the multipack battery system can have its own battery management system, which can switch on at least one pre-charging resistor in its group at a statistical time from the switching time.
  • the battery management system can switch on the respective pre-charging resistor over the pulse duration and electrically disconnect it after the pulse duration has elapsed.
  • the pulse duration can be dimensioned depending on the capacity and/or the terminal voltage of the group and/or depending on the pre-charging resistor such that a short-circuit current of the group does not damage the pre-charging resistor over the pulse duration.
  • all or at least two pre-charging resistors can be switched on simultaneously over the pulse duration, whereby the pre-charging resistors and/or the respective group can optionally be electrically disconnected from the battery connection for the pause time after the pulse duration has elapsed.
  • the pause time can be at least the pulse duration.
  • the pause time can be dimensioned such that the respective pre-charging resistor cools down sufficiently so that a subsequent short-circuit current of the battery pack and/or the group does not damage the respective pre-charging resistor over the pulse duration.
  • the pulse duration can be dimensioned such that a short-circuit current of the battery pack and/or the group does not damage the pre-charging resistor.
  • the pulse duration and/or the pause time can be 10 ms.
  • the pre-charging resistors can be switched off and/or the respective group can be electrically separated from the battery connection.
  • the two pre-charging resistors can be in the same battery pack or in different battery packs.
  • the pre-charging resistors can thus be connected in parallel or in series, with at least two pre-charging resistors being switched on for the pulse duration.
  • a state of charge of the capacity and/or a terminal voltage of the capacity and/or the inverter and/or the consumer and/or an on-board voltage of the motor vehicle can be measured in order to determine a desired state of charge or a minimum state of charge of the capacity.
  • the state of charge or the minimum state of charge can correspond to a switch-on voltage as a threshold value.
  • the respective battery pack or the respective group in particular all battery packs or all groups, can be electrically connected to the battery output and/or the consumer and/or the capacity, whereby the respective pre-charging resistors can be bridged. This can be done, for example, by closing the main contacts and the bridging contacts of the pre-charging resistors.
  • the minimum charge level of the capacity or the connection voltage can be such that when the pre-charging resistors are bypassed, the capacity is charged with a charging current or a short-circuit current of the respective battery pack and/or the respective group, in particular of all battery packs and/or all groups, which does not cause any damage.
  • the minimum charge level for a relatively large capacity, in particular in a commercial vehicle can be at least 80 percent
  • the Minimum state of charge for a relatively small capacity, especially in a passenger car can be at least 50 percent.
  • a second pre-charging resistor of the selected group can be electrically connected to the battery connection or the selected group can be electrically separated from the battery connection.
  • the individual pre-charging resistor is only switched on during the pulse duration and bridged by means of the switch arrangement after the pulse duration has elapsed.
  • the first pre-charging resistor can be switched on over a first pulse duration.
  • the first pre-charging resistor can be electrically separated by means of the switch arrangement and a subsequent, second pre-charging resistor in the same or another group can be switched on over a second pulse duration.
  • the first and second pulse durations can be the same or different.
  • the pulse duration of the pre-charging resistor following the first pre-charging resistor can increase with the connection time so that the pre-charging resistors are evenly loaded.
  • the first group and/or the first pre-charging resistor can be switched on again after a pause time has elapsed.
  • the pause time can include a time for cooling down the pre-charging resistor.
  • the pause time can be at least the pulse duration multiplied by the number of groups in the multipack battery system and/or multiplied by the number of pre-charge resistors within the group.
  • the pause time can be five times the pulse duration if the multipack battery system comprises five groups.
  • the pre-charging resistors can be switched on with a time delay from the switching time until at least one switching time has elapsed, which can be at least three times the time constant of an RC equivalent circuit, which is formed from the at least one pre-charging resistor and the capacitance.
  • the switching time can define a time threshold value here at which the method is aborted or all groups are electrically connected to the switching arrangement, with all pre-charging resistors of the multipack battery system additionally being electrically separated or bridged.
  • the process can be aborted or, alternatively, the user can wait until a pause time has elapsed and then restart the process starting with the first pre-charging resistor. This has the advantage that a time threshold can be defined at which the process can be safely terminated or continued.
  • all groups of the multipack battery system can be electrically connected to the battery connection and, optionally, the pre-charging resistors can be electrically disconnected from the battery connection.
  • all groups can be electrically connected to the switching arrangement
  • all pre-charging resistors can be bridged.
  • the capacity can be sufficiently charged, for example to 95%, so that the remaining charging current reaches a negligible value. This means that after the connection time has elapsed, the connection process can be terminated and the electrical consumer can be supplied with electrical energy without damaging components of the multipack battery system. This has the advantage that the capacity is always fully charged after the connection time has elapsed.
  • the voltage gradient can be calculated using a difference between at least two voltage measurements and which is additionally divided by a measurement step. If the voltage gradient has a positive value, the terminal voltage at the capacitance can increase. If, on the other hand, the voltage gradient is negative or zero, this can indicate that the capacitance of the electrical consumer is not being charged and therefore a short circuit is present. If a short circuit is detected, the multipack battery system and/or the groups can be electrically separated from the electrical consumer, for example by means of the switching elements and/or a battery isolator switch. This has the advantage that the operational reliability of the multipack battery system can be improved.
  • the short circuit can be detected if the voltage gradient at the capacitance is negative or zero within the pulse duration and/or within one to three measuring cycles of the sensor unit, whereby optionally the measuring cycle can be shorter than the pulse duration and/or can last 10 to 30 milliseconds. In other words, if If at least one voltage gradient is negative or zero within a time interval, it can be determined that a short circuit exists.
  • At least two voltage gradients can be calculated from at least three voltage measurements from at least three measurement cycles. If a majority of the voltage gradients are negative or zero, the presence of a short circuit can be determined. This can reduce the probability of an incorrect assessment.
  • a voltage gradient can be determined from a difference between two consecutive voltage measurements, additionally divided by a time interval between the respective voltage measurements. If a majority of the voltage gradients are negative or zero, a short circuit can be determined.
  • a time interval can be shorter than the pulse duration for the measuring cycles of the sensor unit and the battery control unit.
  • the pulse duration can be 125 milliseconds, for example.
  • the time interval for short-circuit detection can be shorter than 125 milliseconds, but in particular 10 to 30 milliseconds.
  • the time interval can be 1 to 3 latency times of a basic computer program of the battery control unit.
  • the time interval can be 1 to 3 measuring cycles of a sensor unit for voltage measurement.
  • Short-circuit detection can be carried out using at least one value of the voltage gradient within the time interval. If it is determined that there is no short circuit, the current limitation method can be continued after the short circuit determination has been completed. If, on the other hand, it is determined during the time interval that there is a short circuit, switching elements and/or a battery isolator switch can be opened and an additional warning message can be issued.
  • a battery control device for current limitation for a multipack battery system
  • a battery management system for current limitation for a multipack battery system
  • which comprises a processor unit which is designed to, before or at a switching time at which the multipack battery system is electrically connected to an electrical consumer, at least to control a switching element of at least one switch arrangement of the multipack battery system for connecting at least two pre-charging resistors.
  • the battery control unit can be set up to switch on at least two pre-charging resistors in a multipack battery system simultaneously or at different times.
  • the battery control unit can have at least one interface to a signal line, via which at least one switching element of at least one switch arrangement of the respective pre-charging resistor can be controlled.
  • the battery control unit and in particular the battery management system can each be provided as an electronic control unit (ECU) which comprises at least one processor and/or at least one memory, wherein program instructions are stored in the memory which cause the at least one processor to carry out the said method.
  • ECU electronice control unit
  • the battery control unit and in particular the battery management system can each have a data processing device or at least one processor device that is set up to carry out the method described above.
  • the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor).
  • the processor device can have program code that is set up to carry out the embodiment of the said method when executed by the processor device.
  • the program code can be stored in a data memory or processor device.
  • the battery control unit can, for example, be designed to control the battery management system of the respective group of the multipack battery system and to cause at least one pre-charging resistor in the respective group to be switched on and, in addition, to be electrically disconnected after the pulse duration has elapsed.
  • the battery control unit can control the battery management systems of the respective groups to switch on the multipack battery system at the switching time.
  • the battery control unit may be configured to provide a battery management system for multiple groups of the multipack battery system.
  • the battery control unit can have an interface for a sensor unit for measuring a terminal voltage of a capacitance of an electrical consumer.
  • the battery control unit can be set up to determine a voltage gradient from the voltage measurement values and to detect a short circuit if the voltage gradient is predominantly negative or zero within a time interval since the switching time.
  • the battery control unit can be set up to carry out 1 to 3 measuring cycles to measure the voltage at the capacitance using the sensor unit within the time interval and to form at least one voltage gradient from the voltage measurement values.
  • the time interval can be less than 125 milliseconds, in particular 10 to 30 milliseconds.
  • the time interval can be 1 to 3 latency times of the basic computer program and/or the driver, in particular 1 to 3 measuring cycles.
  • the battery control unit can be set up to determine a short circuit within the time interval if the voltage gradients are predominantly negative or zero. This has the advantage that the battery control unit can detect a short circuit by means of a voltage measurement at the capacitance within the time interval since the switching time.
  • the battery control unit can have a basic computer program and/or at least one driver, which are designed to carry out the said method for current limitation and/or for short-circuit detection.
  • the basic computer program can be used to reduce a latency of a software architecture for detecting the short circuit. This can reduce a latency for the method for short-circuit detection, which is specified according to a standard of the respective software architecture.
  • the latency of a computer program according to an AUTOSARO standard may be 100 ms, which may be too long for the short-circuit current detection method.
  • This latency can be shortened by means of the basic computer program and/or the driver, in particular to 10 to 30 milliseconds.
  • the battery control unit and in particular the battery management system can be connected to a memory by means of a wired and/or wireless data line, in which voltage measurement values from the Voltage measurement at the capacity is stored.
  • the battery control unit and in particular the battery management system can have the memory.
  • the memory can be designed in particular as a volatile memory for rapid retrieval of the voltage measurement values.
  • a computer program with the features of claim 12, which comprises instructions which, when the program is executed by the battery control device, in particular the battery management system, cause the latter to carry out the method described above.
  • the computer program can preferably be implemented for an application for embedded systems.
  • the computer program can be designed for execution by means of a microcontroller.
  • the invention provides a computer-readable storage medium with the features of claim 13, on which the said computer program is stored.
  • the computer-readable storage medium can be a punch card, a (floppy disk) storage medium, a hard disk, a CD, a DVD, a USB (Universal Serial Bus) storage device, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) and/or an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory).
  • the computer-readable storage medium can be a RAM or a ROM, in particular a flash memory being used.
  • the computer-readable storage medium can also be a data communication network that enables the downloading of a program code, such as the Internet, or other systems.
  • the battery control device in particular the battery management system, can each comprise the computer-readable storage medium.
  • the invention also provides a multipack battery system with the features of claim 14, wherein the multipack battery system is designed in particular for a motor vehicle.
  • the multipack battery system comprises the said battery control unit.
  • the multipack battery system can comprise, for example, a lithium-ion battery.
  • the multipack battery system can be designed as a distributed battery system.
  • the invention also provides a motor vehicle with the features of claim 15, which comprises said multipack battery system and/or said battery control unit.
  • the motor vehicle is designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
  • the motor vehicle can be electrically powered (EV) or in particular a hybrid electric vehicle (HEV, PHEV).
  • EV electrically powered
  • HEV hybrid electric vehicle
  • the invention also includes implementations that include a combination of the features of several of the described embodiments.
  • Figure 1 is a schematic overview of a battery circuit in a motor vehicle where a multipack battery system supplies an electrical consumer with electrical energy;
  • Figure 2 shows schematically a first embodiment comprising connecting at least one pre-charging resistor from several groups of the multipack battery system;
  • Figure 3 shows schematically a time course of the electrical power delivered to the respective pre-charging resistor as a function of the number of pre-charging resistors connected from the respective groups;
  • Figure 4 shows schematically a time course of the terminal voltage of the multipack battery system when the groups of the multipack battery system are switched on one after the other as well as a time course of the electrical pulse energy delivered to the respective switched on pre-charging resistor;
  • Figure 5 shows a schematic representation of a method sequence of the first embodiment for a battery control unit for connecting at least one pre-charging resistor in each group of the multipack battery system;
  • Figure 6 shows schematically a second embodiment comprising connecting at least two pre-charging resistors in a group of the multipack battery system
  • Figure 7 shows a schematic of the electrical energy during charging of the capacitance and the electrical power which is delivered to the pre-charging resistor after the switching time
  • Figure 8 shows a schematic representation of a process flow of the second embodiment for a battery control unit. Detailed description of preferred embodiments
  • FIG. 1 schematically shows a motor vehicle 2 which comprises a battery circuit 1.
  • an electrical consumer 7 which is for example an electric motor 10, is supplied with electrical energy from a multipack battery system 3 via a battery connection 22.
  • the electrical consumer 7, in particular an inverter 9 of the electric motor 10, can comprise an electrical capacitance 8 which is charged with electrical energy at the switching time t 0 when the multipack battery system 3 is electrically connected to the electrical consumer 7. This can lead to a high current.
  • a current equal to a short-circuit current of the multipack battery system 3 can flow via the battery connection 22 for a short time. This is undesirable because such a current can lead to damage to the multipack battery system 3, in particular to the pre-charging resistors 6.
  • At least one switching element 21 of the switch arrangement 14 can electrically disconnect the multipack battery system 3 from the battery circuit 1 in the event of a short circuit in order to prevent further damage.
  • the at least one switching element 21 of the switch arrangement 14 can be connected by means of a signal line 13 to a battery control unit 12 of the respective group 4 or the battery of the multipack battery system 3, which is designed to control the at least one switching element 21 of the switch arrangement 14 for opening and/or closing.
  • the battery control unit 12 can be, for example, a battery management system of a battery pack 5.
  • Each battery pack 5 comprising battery cells, the pre-charging resistor and at least one switching element 21 can have a battery management system control unit (BMS-ECU), in particular the battery control unit 12.
  • BMS-ECU battery management system control unit
  • the multipack battery system 3 comprises at least one group 4, which is electrically connected in parallel with the other groups 4 of the multipack battery system 3 via a switching arrangement 24. switched and electrically connected to the battery connection 22.
  • the group 4 can be a string of the multipack battery system 3.
  • the respective group 4 comprises at least one or in particular at least two battery packs 5, which are electrically connected in series with one another within the group 4.
  • the battery packs 5 comprise at least one battery module 25, which in turn comprise the individual battery cells. Alternatively, at least one battery cell can be used instead of a battery module 25.
  • the respective battery pack 5 has a switch arrangement 14 for switching on the respective pre-charging resistor 6, which switch arrangement comprises at least one switching element 21 which is set up to electrically switch the pre-charging resistor 6 of the switch arrangement 14 in series with the battery pack 5 and/or the battery connection 22.
  • the battery control unit 12 is connected to the switching element 21 of the switch arrangement 14 by means of the signal line 13 and is designed to switch on and electrically bridge the respective pre-charging resistor 6 by controlling the switching element 21. Switching on can mean that the pre-charging resistor 6 is electrically connected in series with the battery pack 5 and the battery output 22.
  • a charging and/or discharging current of the respective battery pack 5 in the group 4 can be limited.
  • the pre-charging resistor 6 can therefore be used to limit a charging current which occurs after the multipack battery system 3 is electrically connected to the electrical consumer. after a switching time t 0 the capacity 8 is charged.
  • the respective battery control unit 12 is designed to close at least one switching element 21 of the switch arrangement 14 in the respective group 4 at the switching time t 0 and thus to electrically connect the multipack battery system 3 to the electrical consumer 7.
  • the battery control unit 12 is designed to electrically separate the respective groups 4 from the switching arrangement 24, in particular from the battery connection 22, by means of the switching element 21 by controlling the respective switching elements 21.
  • the battery control unit 12 and/or the motor vehicle control unit 11 can additionally be designed to select at least one of the groups 4 before or at the switching time t 0 and to electrically connect this to the switching arrangement 24 by controlling the respective switching element 21.
  • the motor vehicle control unit 11 can be designed to carry out communication and coordination of the battery control units 12 for opening and/or closing the switching elements 21, wherein the communication between the Motor vehicle control unit 11 and the battery control unit 12 and/or between the battery control units 12 is asynchronous and is therefore not real-time capable.
  • the motor vehicle control unit 11 can be designed to coordinate the battery control units 12 for controlling the respective switching elements 21 in the groups 4.
  • the battery control units 12 can be designed to be uncoordinated, i.e. without communication with one another, and the selection of the group 4 can be left to chance such that a group 4 is switched on first by the fastest-acting battery control unit 12. This allows the first group 4 to be switched on to be permuted.
  • the current from the battery packs 5 of the selected group 4 can flow via the battery connection 22 to the electrical consumer 7 and charge the capacity 8 of the electrical consumer 7, in particular the inverter 9. After the switching time t 0 , a current is generated which charges the capacity 8 and is limited by the respective battery control unit 12 by means of the pre-charging resistors 6 of the connected group 4.
  • the battery control unit 12 is designed to electrically connect at least one pre-charging resistor 6 in series with the at least one battery pack 5 in the group 4 by means of the switch arrangement 14 for current limitation before or at the switching time t 0.
  • the charging current of the capacitor 8 can be converted into heat in the pre-charging resistor 6 and damage the pre-charging resistor 6.
  • the battery control unit 12 of the battery pack 5 is designed to connect at least one pre-charging resistor 6, in particular within the battery pack 5 and/or within the group 4.
  • the battery control unit 12 is therefore designed to distribute the charging current across a plurality of pre-charging resistors 6 by actuating the switching element 21.
  • the motor vehicle control unit 11 can be designed to select at least two groups 4 and to connect at least one pre-charging resistor 6 in each of the selected groups 4 and/or to select a group 4 and to connect at least two pre-charging resistors 6 in the selected group 4.
  • the selected group 4 is electrically connected in parallel with another selected group 4 and/or with the battery connection 22 by the respective battery control unit 12 by controlling the respective switching element 21 via the switching arrangement 24.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to control the respective switching element 21 for opening and/or closing via the signal line 13.
  • the electrical energy delivered to each pre-charging resistor 6 after the switching time t 0 and converted into heat can be reduced.
  • a charging time of the capacitor 8 can be reduced, in particular proportional to the number of pre-charging resistors 6 switched on.
  • a time constant T of a corresponding electrical RC equivalent circuit which includes the total resistance of the switched on pre-charging resistors 6 and the capacitor 8, can be reduced proportionally to the number of pre-charging resistors 6 switched on in parallel. This reduces the charging time of the capacitor 8 overall.
  • the electrical energy of the current delivered to each pre-charging resistor 6 can also be reduced.
  • a charging time of the capacitor 8 can be extended, in particular proportional to the number of connected pre-charging resistors 6 in the group 4. Energy or power peaks of the charging current delivered to the respective pre-charging resistor 6 can thus be reduced.
  • a time constant T of an electrical RC equivalent circuit which includes the total resistance of the connected pre-charging resistors 6 and the capacitor 8, can be increased proportionally to the number of pre-charging resistors 17 connected electrically in series within the selected group. This increases the charging time of the capacitor 8 overall.
  • the charging time of the capacity 8 of the electrical consumer 7 is also increased if several groups 4 are selected and in each selected group 4 at least a second pre-charging resistor 16 is electrically connected in series in addition to an already connected first pre-charging resistor 15 in the respective group 4, wherein the groups 4 can be electrically connected in parallel via the switching arrangement 24 in order to shorten the charging time for charging the battery system 3 via the battery connection 22.
  • the multipack battery system 3 can thereby be enabled to supply electrical consumers with different electrical capacities 8 with electrical energy.
  • a charging time of the capacity 8 of the electrical consumer 7 can be reduced or increased and thus additionally adapted to a latency time of a software architecture.
  • the battery control unit 12 can be designed to switch on the pre-charging resistors 6 of the group 4 one after the other at different times.
  • the battery control unit 12 can be designed to switch on one pre-charging resistor 6 of the pre-charging resistors 6 from the selected group 4 individually over a pulse duration t p and, after the pulse duration t p has elapsed, to switch on a subsequent pre-charging resistor 6 in the same or another group 4 and, optionally, to electrically disconnect the preceding pre-charging resistor 6 after the pulse duration t p has elapsed.
  • This allows the electrical energy which charges the capacity 8 from the battery packs 5 of the selected group 4 via the battery connection 22 to the electrical consumer 7 to be distributed in pulses and over time across a plurality of pre-charging resistors 6.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to determine a short circuit.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to switch on a first pre-charging resistor 15 in a group 4 at the switching time t 0 and to calculate a voltage gradient at the capacitor 8 using a sensor unit.
  • the respective battery control unit 12 can have an interface for a sensor unit for measuring a terminal voltage of the capacitor 8.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to measure at least two voltage measurements at the capacitor 8 using the sensor unit, wherein the respective battery control unit 12 is designed to calculate a voltage gradient using the at least two voltage measurements.
  • the voltage gradient can indicate whether the voltage of the capacitor 8 increases or decreases after the switching time t 0. Normally, the voltage of the capacitor 8 should increase after the switching time t 0 , which indicates a positive voltage gradient. On the other hand, if the voltage gradient after the switching time t 0 is zero or negative, this may indicate a short circuit.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to charge a pre-charging resistor 6 in a group 4 over a time interval of typically 10 milliseconds to 30 milliseconds and to determine the voltage gradient at the capacitance 8 from a difference of at least two voltage measurements of the sensor unit during the time interval.
  • a shorter time interval or a longer time interval can be used.
  • the time interval can have a duration that corresponds to one to three latency times of a basic computer program of the battery control unit 12 or one to three measurement cycles of the sensor unit.
  • the respective battery control unit 12 can also have a processor unit for determining the voltage gradient. If the voltage gradient is positive, the respective battery control unit 12 can be designed to switch on at least a second pre-charging resistor 16 in the same and/or another group 4 after the time interval and/or the pulse duration t p has elapsed from the switching time t 0. For example, all battery control units 12 can switch on a pre-charging resistor 6 at the same time.
  • a battery control unit 12 can first switch on at least one pre-charging resistor 6 in a group 4, while the other battery control units 12 switch on the pre-charging resistors 6 of the other groups 4 later with a statistical time delay.
  • the motor vehicle control unit 11 can, for example, trigger the switching time t 0 for controlling the switching elements 21 by the battery control units 12, for example by a user switching on a virtual ignition.
  • the battery control units 12 in the respective groups 4 can each switch on the pre-charging resistors 6 via a pulse duration which is dimensioned such that a short-circuit current acting on the pre-charging resistor 6 over the pulse duration does not damage the pre-charging resistor 6.
  • a short circuit can be determined more quickly by the respective battery control unit 12 by means of the time-delayed switching.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to store at least one value of the voltage gradient in a volatile memory for quick retrieval.
  • the respective battery control unit 12 can be designed to determine an occurrence of a short circuit and to open at least one corresponding switching element 21 of the battery pack 5 for electrically isolating the battery pack 5 from the switching arrangement 24 and/or from the battery connection 22.
  • FIG. 2 shows schematically the battery circuit 1, wherein according to a first embodiment at least one pre-charging resistor 6 from at least two groups 17 and 18 of the multipack Battery system 3 are switched on. At least two groups 17 and 18 or all groups 4 of the multipack battery system 3 are selected and these are electrically connected to the switching arrangement 24, in particular to the battery connection 22, at the switching time t 0 by controlling the respective switching elements 21. In this case, before or at the switching time t 0 , the respective switching element 21 from the switch arrangement 14 is controlled in such a way that a first pre-charging resistor 15 is switched on in the respective group 17 and 18.
  • the first pre-charging resistor 15 in the respective group 17 and 18 is electrically connected between the battery pack 5 of the respective group 4 and the battery output 22 to limit a charging current of the capacitor 8.
  • the second pre-charging resistors 16 in the groups 417 and 18, which are electrically connected in series with the first pre-charging resistor 15 within a group 4, are electrically separated by controlling the respective switching elements 21 of the switch arrangement 14.
  • the respective first pre-charging resistors 15 are electrically connected in parallel in the switching arrangement 24 with respect to the capacitor 8, wherein the total resistance R eq of all connected first pre-charging resistors 15 is smaller than a resistance value of the first pre-charging resistor 15.
  • the respective pre-charging resistor 15 and 16 can have a resistance value of 25 n and the multipack battery system 3 can additionally have five groups 4, each with two pre-charging resistors 15 and 16.
  • the battery packs 5 in the five groups 4 of the multipack battery system 3 can each have a terminal voltage of 425 V.
  • a multipack battery system 3 which is designed to supply an electric motor 10 of a passenger vehicle with electrical energy, can also supply an electric motor 10 of a commercial vehicle, whose inverter 9 generally has a larger capacity 8 than the inverter 9 for a passenger car, with electrical energy without changing a configuration of the pre-charging resistors 6.
  • a second pre-charging resistor 16 can be connected in the respective groups 4 by controlling the respective switching element 21 of the switch arrangement 14, which is electrically connected in series with the first pre-charging resistor 15 within the respective group 4.
  • the total resistance which is formed from the parallel connection of the first and second pre-charging resistors 15 and 16 is increased.
  • the electrical energy of the charging current for charging the capacitor 8 is then distributed over additional pre-charging resistors 15 and 16 and the charging time is increased at the same time.
  • an amplitude of an electrical energy pulse that acts on the first and second pre-charging resistors 15 and 16 after the switching time t 0 can be reduced.
  • the multipack battery system 3 comprises, for example, a total of five groups 4, each with two pre-charging resistors 15 and 16, the electrical energy dropped on each pre-charging resistor 15 and the charging time of the capacitance 8 can be reduced by a factor of 5 compared to an equivalent charging time with a single pre-charging resistor 6 if the first pre-charging resistor 15 is switched on in each group 4. If, on the other hand, the first pre-charging resistor 15 and the second pre-charging resistor 16 are switched on in each group 4, the electrical energy dropped on each pre-charging resistor 6 can be reduced by a factor of 10 and the charging time can be increased from one fifth of the equivalent charging time to two fifths of the equivalent charging time.
  • T R eq C.
  • Figure 3 shows a schematic time curve of the electrical power delivered to the pre-charging resistor 6 as a function of the number of pre-charging resistors 6 switched on from the respective groups 4 from the switching time t 0 .
  • the curve P R1 shows the curve of the electrical power delivered to the respective pre-charging resistor 6 over the charging time of the capacitor 8 with an approximation t « 5T T with respect to the equivalent time constant if a single pre-charging resistor 6 is selected for current limitation.
  • the electrical power P R1 is converted into heat in the pre-charging resistor 6.
  • the amount of electrical power delivered per pre-charging resistor 6, which is converted into heat in the pre-charging resistor 6, is thus smaller, but delivered to the first pre-charging resistor 15 in a shorter time. This can therefore reduce an amplitude of a power pulse acting on the pre-charging resistors 6 to a limited extent.
  • the respective pre-charging resistors 6 can be switched on individually instead of simultaneously.
  • a battery control unit 12 can be switched on by means of a Software updates can be retrofitted.
  • Figure 4 shows a schematic time curve of the terminal voltage U K of the capacitor 8 when, after the switching time t 0 , this is charged by the battery packs 5 of the respective groups 4 of the multipack battery system 3 via the battery connection 22 over a connection time t on . Over the connection time t on, the capacitor 8 is at least partially charged, for example to at least 95%.
  • a first group 17 is selected and electrically connected to the capacitor 8 via the battery output 22 by means of the switching arrangement 24 and the respective switching elements 21.
  • the first group 4 can charge the capacitor 8 over a pulse duration t p up to a first voltage U G1 .
  • the first group 17 can be electrically disconnected from the battery connection 22 after the pulse duration t p has expired.
  • a second group 18 then charges the capacity 8 over the pulse duration t p until a second voltage U C2 is reached.
  • the second group 18 can be electrically separated from the battery connection 22 after the pulse duration t p has elapsed.
  • a third group 4 charges the capacity 8 until a third voltage U C3 is reached. The described method is carried out until the connection time t on has elapsed and/or all groups 4 of the multipack battery system 3 have partially charged the capacity 8 at least once.
  • the switching time t on is three times the equivalent time constant of an RC equivalent circuit, which is formed from a pre-charging resistor 6 and the capacitor 8, i.e. t on > 3 ⁇ .
  • the switching time t on indicates the time at which the capacitor 8 is charged to at least 95%.
  • the charging current can be limited by at least one pre-charging resistor 6 over the pulse duration t p .
  • the pulse duration t p can have a time value over which a short-circuit current of the multipack battery system 3, in particular of the battery pack 5, can flow over the pre-charging resistor 6 without causing damage.
  • the pulse duration can be 125 ms.
  • the electrical power P R which is delivered to the individual pre-charging resistor 6 of the respective group 4 during the connection time t on is shown schematically in Figure 4 on the right.
  • the electrical power P R1 is delivered to the pre-charging resistor 6 of the first group 17 and the electrical power P R2 is delivered to the second pre-charging resistor 6 of the second group 18.
  • the electrical power delivered to the respective pre-charging resistor 15 and 16 decreases.
  • the most electrical power P R1 is delivered to the pre-charging resistor 15 that is switched on first.
  • the pre-charging resistors 15 and 16 within the group 4 and/or the groups 4, 17 and 18 can be permuted.
  • the pulse duration t p can be of different lengths.
  • the pre-charging resistor 15 that is switched on first can have the shortest pulse duration for the absorption of P R1 , with the pulse duration t p increasing with each subsequent pre-charging resistor 15 and/or 16.
  • the aforementioned design of the pulse duration t p can prevent damage to the pre-charging resistor 6 that is switched on first by the electrical power P R1 and the electrical power can be distributed more evenly over time across the respective pre-charging resistors 6.
  • the sum of the respective pulse durations t p of the pre-charging resistors 15 and 16 is at least the connection time t on . If the sum of the pulse durations t p falls short of the connection time t on , the process can be aborted. Alternatively, after the connection time t on has elapsed, all groups 4 can be connected simultaneously and the pre-charging resistors 6 can also be bridged by means of the switch arrangement 14.
  • At least two pre-charging resistors 15 and 16, in particular all pre-charging resistors 6, can be switched on for the pulse duration t p and then optionally switched off for the pause time t B. Switching off can be a bridging or an electrical separation of the pre-charging resistors 6, 15 and 16 so that no current flows through them.
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can belong to the same group 4 or different groups 4.
  • the at least two pre-charging resistors 15 and 16 or all pre-charging resistors 6 can be switched on during the pulse duration t p and switched off during the pause time t B until the connection time t on has expired.
  • the connection time t on can be a time value at which the capacitance 8 has reached a minimum charge state at which a short-circuit current for the remaining charging of the capacitance 8 between at least one battery pack 5 or a group 4 of the respective pre-charging resistor 15 and 16, in particular all battery packs 5 or all groups 4, does not cause any damage.
  • the pulse duration t p can be dimensioned such that a short-circuit current of the battery pack 5 and/or the group 4 does not damage the respective pre-charging resistors 6, 15 and 16.
  • the pause time t B can, for example, be at least the pulse duration t p .
  • the at least two pre-charging resistors 15 and 16 or all pre-charging resistors 6 can be switched on in a pulsed manner at least until the switching time t on has elapsed and/or the minimum charge state of the capacity 8 is reached.
  • the pre-charging resistors 5, 15 and 16 can be bridged so that a short-circuit current of the battery pack 5 and/or the group 4 of the respective pre-charging resistors 15 and 16, in particular a short-circuit current of all battery packs 5 and/or all groups 4, fully charges the capacity 8 and is small enough that no damage occurs.
  • a measurement of the state of charge of the capacitance 8 can be carried out during the pause time t B , for example by measuring a terminal voltage of the consumer 7 and/or the capacitance 8 and/or the inverter 9. When the terminal voltage reaches a switch-on voltage, the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be switched off.
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be bridged to charge the capacitor 8 before the switch-on time t on has elapsed if the measured terminal voltage reaches the switch-on voltage. If, however, the switch-on voltage has not yet been reached, the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be switched on again using the pulse duration t p and switched off again using the pause time t B until the switch-on time t on has elapsed and/or the minimum charge level of the capacitor 8 has been reached and/or the terminal voltage reaches the switch-on voltage.
  • the minimum charge level may be greater for a relatively large capacity 8, which may be used in an inverter 9 for a commercial vehicle, than for a relatively small capacity 8, which may be used in a passenger car, for example.
  • the minimum charge level can be, for example, 50 - 95 percent.
  • the minimum state of charge may be at least 80 percent for a relatively large capacity 8 and/or at least 50 percent for a relatively small capacity 8.
  • At least two pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be connected in a series circuit or in a parallel circuit or in a combination thereof.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a method sequence of the first embodiment for a battery control unit 12.
  • a group 4 of the multipack battery system 3 is selected, wherein the group 4 has been electrically separated since the switching time t 0.
  • the selection can be made, for example, by means of the motor vehicle control unit 11 or by chance.
  • the motor vehicle control unit 11 can, for example, send a signal to switch on to the respective battery control unit 12 at the switching time t 0.
  • the group 4 is electrically connected to the switching arrangement 24 and the battery connection 22 via the pulse duration t p by controlling the switching elements 21 at the switching time t 0 .
  • At the switching time t 0 at least two groups 4 can be simultaneously electrically connected to the battery connection 22 via the switching arrangement 24, each with at least one pre-charging resistor 15 and 16, via the switching arrangement 24 over the pulse duration t p .
  • all groups 4 can be simultaneously electrically connected to the battery connection 22 via the switching arrangement 24 over the pulse duration t p .
  • short-circuit detection can be carried out in step S2.
  • at least two voltage measurements, in particular three voltage measurements, of the terminal voltage of the capacitor 8 can be carried out during the time interval and a voltage gradient, in particular at least two voltage gradients, can be formed from the voltage measurement values. If the voltage gradient or the voltage gradients are predominantly negative or zero, it can be determined that a short circuit is present.
  • the multipack battery system 3 and/or the groups 4 can then be electrically separated and a warning message can be issued in addition.
  • the group 4 can be electrically separated from the switching arrangement 24, in particular from the battery connection 22, after the pulse duration t p has elapsed.
  • all pre-charging resistors 15 and 16 can be electrically separated from the switching arrangement 24, in particular from the battery connection 22, over a pause time t B.
  • a measurement of the charge state of the capacitor 8 can be carried out, for example by measuring a terminal voltage of the consumer 7 and/or the capacitor 8 and/or the inverter 9. When the terminal voltage reaches a switch-on voltage, the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be bridged to charge the capacitor 8.
  • a fourth step S4 it is determined whether the connection time t on has expired. If the connection time t on , in particular at least three times the time constant of the RC equivalent circuit comprising a single pre-charging resistor 6 and the capacitor 8, has expired or a charging threshold value of the capacitor 8 has been exceeded, the method is terminated in step S5. For example, in step S5, all groups 4 can be electrically connected together with the battery connection 22 via the switching arrangement 24, with all pre-charging resistors 6 additionally being bridged.
  • the pre-charging resistors 15 and 16 can be bridged to charge the capacitor 8 before the switch-on time t on has elapsed, when the measured terminal voltage reaches the switch-on voltage.
  • step S6 it is determined in a sixth step S6 whether at least one electrically separated group 4 in the multipack battery system 3 is still present since the switching time t 0. If at least one electrically separated group 4 in the multipack battery system 4 is still present, the method is carried out again from step S1. Step S7 is omitted.
  • step S7 If there is no longer an electrically separated group 4 in the multipack battery system 3, i.e. the number of electrically separated groups 4 is zero, it can be determined in step S7 whether at least one pause time has passed since the last connection of the first group 4. If the pause time has not yet expired, the system waits until the pause time has expired, during which all groups 4 are electrically separated from the switching arrangement 24, in particular the battery connection 22. The method can then be carried out again from step S1, starting with the first group 4.
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be switched on again via the pulse duration t p and switched off again via the pause time t B until the switch-on time t on has elapsed and/or the minimum charge state of the capacitance 8 is reached and/or the terminal voltage reaches the switch-on voltage.
  • the method may be terminated in step S8 if the number of unused groups 4 in the multipack battery system 3 is zero.
  • Figure 6 schematically shows a second embodiment comprising a connection of at least two pre-charging resistors 15 and 16 in a group 4 of the multipack battery system 3.
  • at least two pre-charging resistors 15 and 16 are connected within a first group 17, the remaining groups 4 and 18 of the multipack battery system 3 being electrically separated from the switching arrangement 24, in particular from the battery connection 22.
  • the first pre-charging resistor 15 and the second pre-charging resistor 16 in the first group 17 are connected.
  • the first pre-charging resistor 15 and the second pre-charging resistor 16 are connected in series between the respective first and second battery packs 19 and 20 and the electrical consumer 7.
  • the first group 17 can be electrically connected to the switching arrangement 24 by means of the switching elements 21 at the switching time t 0 , so that the electrical consumer 7 is supplied with electrical energy from the first and second battery packs 19 and 20 via the battery connection 22.
  • an electrical capacitance 8 of the electrical consumer 7, such as a capacitance 8 of an inverter 9 of an electric motor 10, can be charged by the current from the first and second battery packs 19 and 20, wherein the current can reach a high current value, in particular in the range of a short-circuit current, during the charging time of the capacitance 8.
  • This current should be limited in the first group 17 by the first and second pre-charging resistors 15 and 16.
  • a multipack battery system 3 comprising five groups 4 each with two battery packs 5 with a terminal voltage of 425 V each and with two pre-charging resistors can charge a capacity 8 up to 5 mF without damaging the components.
  • the first and at least one second pre-charging resistor 15 and 16 can be switched on simultaneously or with a time delay.
  • the said method for current limitation in multipack battery systems 3 can be retrofitted as a retrofit application by using pre-charging resistors 15 and 16, whereby these are designed to switch on only one pre-charging resistor 6 for current limitation.
  • the electrical energy of the charging current of the capacitor 8 can be distributed to these pre-charging resistors 15 and 16.
  • the first pre-charging resistor 15 can be switched on via a first pulse duration t p , such as 20 to 30 milliseconds or alternatively 125 milliseconds.
  • the second pre-charging resistor 16 is switched on via a second pulse duration t p .
  • the first and second pulse durations t p can be the same length or different lengths.
  • all pre-charging resistors 15 and 16 can be switched on simultaneously from the switching time t 0 over the pulse duration t p .
  • all pre-charging resistors 15 and 16 can be switched on together over different pulse durations t p , in particular over the first and second pulse durations t p .
  • the first group 17 can be electrically separated from the switching arrangement 24, in particular from the battery connection 22, via a pause time t B.
  • the first pre-charging resistor 15 can again be switched on via the first pulse duration t p and then the second pre-charging resistor 16 via the second pulse duration t p . This can be repeated until the connection time t on has elapsed.
  • all groups 4 of the multipack battery system 3 can be electrically connected to the switching arrangement 24, in particular to the battery connection 22, and additionally the pre-charging resistors 15 and 16 can be bridged. Alternatively, the process can be aborted.
  • a measurement of the state of charge of the capacitor 8 can be carried out during the pulse duration t p or during the pause time t B , for example by measuring a terminal voltage of the consumer 7 and/or the capacitor 8 and/or the inverter 9.
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be bridged to charge the capacitor 8.
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be bridged to charge the capacitor 8 before the switch-on time t on has elapsed, when the measured terminal voltage reaches the switch-on voltage.
  • a short circuit can be determined during the connection time t on via the pulse duration t p of the first pre-charging resistor 15, optionally over a time interval.
  • the first pre-charging resistor 15 in the first group 17 can be switched on via the first pulse duration t p , with a voltage measurement of a terminal voltage of the capacitor 8 being carried out during the first pulse duration t p during the time interval.
  • the time interval can be less than or equal to the pulse duration t p , in particular the pulse duration t p of the first pre-charging resistor 15.
  • the pulse duration can be 125 ms and the time interval 10 to 30 ms.
  • a measuring cycle of a sensor unit of the battery control unit 12 is determined such that at least two voltage measurements are carried out during the time interval.
  • the voltage gradient can be calculated from at least two voltage measurement values.
  • the voltage gradient can indicate whether the voltage of the capacitor 8 increases or decreases after the switching time t 0 . Normally, the voltage of the capacitor 8 should increase after the switching time t 0 , which is indicated by a positive voltage gradient during the time interval. If, on the other hand, the voltage gradient during the time interval is zero or negative, this can indicate a short circuit of the electrical load 7.
  • the time interval can be one to three latency periods of a basic computer program or a driver of the battery control unit 12 or one to three measuring cycles of the sensor unit.
  • the measuring cycle can last, for example, 10 to 30 milliseconds. This can limit a current and also a heat build-up in the first and second pre-charging resistors 15 and 16. In addition, a short circuit can be determined more quickly by means of the time-delayed connection.
  • all pre-charging resistors 15 and 16 can be switched on simultaneously over the first and second pulse duration t p .
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 can be switched on again via the pulse duration t p and switched off again via the pause time t B until the switch-on time t on has elapsed and/or the minimum charge state of the capacity 8 is reached and/or the terminal voltage reaches the switch-on voltage.
  • Figure 7 shows a schematic of the course of the electrical energy when charging the capacitor 8 and the electrical power which is delivered to the respective pre-charging resistors 15 and 16 after the switching time t 0 .
  • a charging curve of the capacitance 8 is shown schematically, which represents the time course of the electrical energy E c with which the capacitance 8 is charged, from the switching time t 0.
  • the energy curve E R1 shows the course of the electrical energy E c for the case where only one pre-charging resistor 15 is electrically connected in series between the battery packs 19 and 20 of the group 17 and the capacitance 8.
  • the capacitance 8 is charged with electrical energy E c from the switching time t 0 until a time of five times the equivalent time constant the corresponding RC equivalent circuit has expired.
  • the energy curve E R2 shows the course of the electrical energy E c for the case that two pre-charging resistors 15 and 16 are electrically connected in series between the first and second battery packs 19 and 20 of the first group 17 and the capacitor 8.
  • the capacitor 8 is charged from the switching time t 0 until twice the time for charging the capacitor 8 has elapsed compared to the circuit with one pre-charging resistor 15.
  • the charging time is thus extended proportionally to the total resistance of the corresponding RC equivalent circuit. This can reduce the amplitude of a power pulse of electrical power P R , which acts on the respective pre-charging resistors 15 and 16.
  • the curve of the electrical power P R acting on the respective pre-charging resistors 15 and 16 is shown below.
  • the power curve P R1 shows the curve of the electrical power P R1 acting on the first pre-charging resistor 15, which reaches its maximum amplitude at the switching time t 0 and is delivered to the first pre-charging resistor 15 as a power pulse over a period of 5T T.
  • the power curve P R2 shows the curve of the electrical power P R acting on the respective pre-charging resistors 15 and 16. With two pre-charging resistors 15 and 16, the electrical power P R acting on the respective pre-charging resistors 15 and 16, i.e. the first 15 or the second pre-charging resistor 16, proportional to the resistance size smaller, for example half as large.
  • the power P R2 acting on the respective pre-charging resistors 15 and 16 is proportional to the resistance size longer, for example twice as long. This can be proportional to the number of pre-charging resistors connected. As a result, the respective pre-charging resistor 17 has to absorb a lower maximum power amplitude, which reduces the service life of the first pre-charging resistor.
  • a pre-charging resistor 15 can absorb an electrical energy of approximately 870 J.
  • the maximum electrical energy that the charging current for charging the capacitor 8 can deliver to the individual pre-charging resistor 15 is determined by:
  • This amount of energy is significantly higher than the maximum electrical energy that the pre-charging resistor 15 can absorb. This can damage the pre-charging resistor 15.
  • the maximum pre-charge resistor 15 and 16 can deliver is determined from:
  • the energy delivered to the individual pre-charging resistors 15 and 16 is reduced in proportion to the resistance size, for example by half if two pre-charging resistors 15 and 16 are used to limit the current.
  • the electrical energy E R1 ,E R2 which the charging current delivers to the pre-charging resistors 15 and 16, is transferred to the connected pre-charging resistors 15 and
  • the pre-charging resistors 6, 15 and 16 of the multipack battery system 3 can each have 25 n.
  • Larger capacities 8 are used in inverters 9 for electric motors 10 of commercial vehicles, such as buses or trucks.
  • the pre-charging resistors 15 and 16 therefore do not have to be adapted separately for use with the larger capacities 8. This means that a platform for the use of the multipack battery system 3 can be expanded from use for passenger vehicles to use in commercial vehicles without hardware adaptation.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a method sequence of the second embodiment for a battery control unit 12.
  • a group 4 is selected from the groups 4 of the multipack battery system 3 and electrically connected to the switching arrangement 24 and/or the battery connection 22 by means of the switching elements 21.
  • the selection of the group 4 can be made, for example, by means of the motor vehicle control unit 11 or randomly with uncoordinated battery control units 12.
  • the motor vehicle control unit 11 can select a group 4 with a lowest terminal voltage.
  • data exchange between the motor vehicle control unit 11 and the respective battery control unit 12 can be provided, wherein the respective battery control unit 12 can receive a corresponding switching signal from the motor vehicle control unit 11 for switching the switching elements 21.
  • the groups 4 are electrically separated from the battery connection 22 before the switching time t 0 .
  • a first pre-charging resistor 15 of the selected group 17 is switched on by means of the switch arrangement 14.
  • the respective switching element 21 in the switch arrangement 14 of the first pre-charging resistor 15 can be controlled via the signal line 13 for a corresponding opening and/or closing.
  • the first pre-charging resistor 15 can initially be switched on via a first pulse duration t p , in particular via the time interval for short-circuit determination.
  • the pulse duration t p can be determined in such a way that a maximum current can deliver electrical power to the resistor over the pulse duration t p without causing damage.
  • the time interval on the other hand, can be less than or equal to the pulse duration.
  • the pulse duration can be 125 milliseconds and the time interval 10 to 30 milliseconds.
  • the time interval can be 1 to 3 measuring cycles of a sensor unit of the battery control unit 12 and/or one to three latency times of the basic computer program or a driver of the battery control unit 12.
  • the first and at least one second pre-charging resistor 15 and 16 within the group 17 can be switched on, optionally a second pre-charging resistor 16 within the group 17.
  • a third step S3 an electrical voltage is measured after the switching time t 0 using the sensor arrangement and at least one voltage gradient of the voltage measurement values during the time interval is determined.
  • at least two voltage measurements, in particular three voltage measurements, of the terminal voltage of the capacitor 8 can be carried out and a voltage gradient, in particular at least two voltage gradients, can be formed from the voltage measurement values.
  • the voltage measurement values in the time interval can be stored by the battery control unit 12 in a volatile memory.
  • a short circuit is determined using the at least one voltage gradient. If the voltage gradient is positive, it can be determined that the voltage at the capacitor 8 has been increasing since the switching time t 0 and thus there is no short circuit.
  • a fifth step S5 at least a second pre-charging resistor 16 can be switched on. In particular, a second pre-charging resistor 16 is switched on in the fifth step S5.
  • a sixth step S6 can be carried out in which switching elements 21 and/or a battery isolating switch are opened and, in addition, a warning message is issued.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strombegrenzungsverfahren für ein Multipack-Batteriesystem (3) für ein Kraftfahrzeug (2). Das Multipack-Batteriesystem (3) umfasst zumindest eine Gruppe (4), welche zumindest ein Batteriepack (5) aufweist und mit einem Batterieanschluss (22) elektrisch verbunden ist, wobei die Gruppe (4) zumindest einen Vorladewiderstand (6), optional zumindest zwei elektrisch in Serie geschaltete Vorladewiderstände (6) aufweist. Zur Begrenzung eines Ladestroms der Kapazität (8) bei einem Einschalten werden vor oder zu einem Schaltzeitpunkt, an welchem der Batterieanschluss (22) mit einer elektrischen Kapazität (8) eines elektrischen Verbrauchers (7) elektrisch verbunden wird, werden zumindest zwei Vorladewiderstände (6) zur Strombegrenzung zugeschaltet. Dabei werden einerseits zumindest ein Vorladewiderstand (6) in zumindest zwei Gruppen (4) oder zumindest zwei Vorladewiderstände (6) in einer Gruppe (4) einerseits gleichzeitig oder andererseits zeitlich versetzt in einer Kaskade zugeschaltet.

Description

Verfahren zur Strombegrenzung für ein Multipack-Batteriesystem während des Vorladens von externen Kapazitäten, ein Batteriesteuergerät, ein Computerprogramm, ein computerlesbares Speichermedium, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strombegrenzung für ein Multipack- Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, ein Batteriesteuergerät, ein Computerprogramm, ein computerlesbares Speichermedium und ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Elektrische Verbraucher in einem batteriebetriebenen Kraftfahrzeug können eine elektrische Kapazität aufweisen. Der elektrische Verbraucher können beispielsweise ein Elektromotor und ein Inverter sein. Der Inverter kann dabei zur Stromumwandlung je nach Leistung des Elektromotors unterschiedlich hohe Kapazitäten aufweisen. Wenn eine Batterie mit dem elektrischen Verbraucher und insbesondere mit dem Inverter elektrisch verbunden wird, kann dies für eine kurze Zeit zu einem hohen Strom führen, welcher in die Kapazität fließt und diese auflädt. Insbesondere zu einem Schaltzeitpunkt, an welchem die Batterie mit dem elektrischen Verbraucher elektrisch verbunden wird, kann der Strom so hoch sein wie ein Kurzschlussstrom. Dieser Strom kann über die Zeit Komponenten des Multipack-Batteriesystems beschädigen oder sogar zerstören und ist somit unerwünscht. Dagegen können beispielsweise widerstandsfähige Komponenten verwendet werden, welche den besagten Strom aushalten können, was jedoch teuer sein kann. Es ist daher vorteilhaft, den Strom beim Einschalten zu begrenzen.
Aus der DE 102014 105 764 A1 ist eine Batterie mit mindestens einem Widerstand bekannt.
Aus der CN 105336994 B sind ein System und ein Verfahren für ein Fahrzeugbatteriepackmanagement bekannt. Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbessertes Strombegrenzungsverfahren, sowie ein entsprechendes Batteriesteuergerät, ein Computerprogramm, ein computerlesbares Speichermedium, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Die oben gestellte Aufgabe wird durch ein Strombegrenzungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Strombegrenzung für ein Multipack-Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Multipack-Batteriesystem zumindest eine Gruppe umfasst, welche zumindest ein Batteriepack aufweist und mit einem Batterieanschluss elektrisch verbunden ist, wobei jede Gruppe zumindest einen Vorladewiderstand, optional zumindest zwei elektrisch in Serie geschaltete Vorladewiderstände, aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor oder zu einem Schaltzeitpunkt, an welchem der Batterieanschluss mit einer elektrischen Kapazität eines elektrischen Verbrauchers elektrisch verbunden wird, zumindest zwei Vorladewiderstände zugeschaltet werden.
Mit anderen Worten, es werden vor oder zum Schaltzeitpunkt aus mindestens zwei Gruppen des Multipack-Batteriesystems jeweils zumindest ein Vorladewiderstand und/oder innerhalb einer Gruppe zumindest zwei Vorladewiderstände zugeschaltet.
Einerseits kann das Multipack-Batteriesystem entsprechend zumindest zwei Gruppen umfassen, welche jeweils zumindest einen Vorladewiderstand aufweisen, wobei vor oder zum Schaltzeitpunkt zumindest zwei Gruppen mit dem Batterieanschluss elektrisch verbunden werden und in zumindest zwei der Gruppen ein Vorladewiderstand zugeschaltet wird. Andererseits kann das Multipack- Batteriesystem zumindest eine Gruppe umfassen, welche jeweils zumindest zwei in Serie geschaltete Vorladewiderstände aufweist, wobei vor oder zum Schaltzeitpunkt die Gruppe mit dem Batterieanschluss elektrisch verbunden wird und zumindest zwei Vorladewiderstände der Gruppe zugeschaltet werden. Dabei kann die jeweilige Gruppe ein Batteriemanagementsystem aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, zumindest einen Vorladewiderstand in der jeweiligen Gruppe zuzuschalten. Die Gruppe kann hier ein String des Multipack-Batteriesystems sein. Das Multipack-Batteriesystem kann hierzu eine Anzahl von elektrisch parallel geschalteten Gruppen umfassen, welche mittels einer Schaltanordnung elektrisch mit dem Batterieanschluss verbunden sein können. Die Gruppen können jeweils eine Anzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriepacks, beispielsweise zwei Batteriepacks, aufweisen. Die Batteriepacks können wiederum eine Anzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen und/oder Batteriezellen aufweisen.
Eine Schalteranordnung in einer Gruppe kann dazu ausgebildet sein, mittels zumindest eines Schaltelements den Vorladewiderstand elektrisch in Serie mit dem zumindest einen Batteriepack in der jeweiligen Gruppe zu schalten und/oder den Vorladewiderstand zu überbrücken. Die Vorladewiderstände können somit mittels der Schalteranordnung elektrisch in Serie mit den Batteriepacks der Gruppe geschaltet werden, sodass der jeweilige Vorladewiderstand elektrisch zwischen dem Multipack-Batteriesystem und dem elektrischen Verbraucher geschaltet ist. Über den Batterieanschluss kann ein elektrischer Verbraucher von dem Multipack-Batteriesystem mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu kann der Batterieanschluss über die Schaltanordnung mit den Klemmen der jeweiligen Gruppen elektrisch verbunden sein. Die jeweilige Gruppe kann mittels zumindest eines Schaltelements mit der Schaltanordnung elektrisch verbunden oder getrennt werden.
Die Gruppen können hierzu baugleich ausgebildet sein, also insbesondere dieselbe Anzahl an Batteriepacks und dieselbe Anzahl an Schalteranordnungen umfassen. Beispielsweise kann die jeweilige Gruppe zwei Batteriepacks und zwei Schalteranordnungen umfassen.
Die Batteriepacks in der jeweiligen Gruppe können beispielsweise eine Klemmenspannung von 280 V bis 425 V oder von 425 V bis 850 V aufweisen. Das Multipack-Batteriesystem kann beispielsweise fünf oder zehn Gruppen umfassen, welche jeweils zwei Batteriepacks mit einer Klemmenspannung von jeweils 425 V aufweisen. Die Vorladewiderstände in den Gruppen können die Vorladewiderstände der jeweiligen Batteriepacks sein. Die Gruppen können vor dem Schaltzeitpunkt elektrisch voneinander und/oder von dem Batterieanschluss getrennt sein. Vor oder zum Schaltzeitpunkt kann zumindest eine Gruppe des Multipack-Batteriesystems ausgewählt und diese mittels der Schalelemente elektrisch mit dem Batterieanschluss über die Schaltanordnung verbunden werden.
Bei Einschalten, also beim elektrischen Verbinden des Batterieanschlusses mit dem elektrischen
Verbraucher, kann ein Strom, welcher zumindest zeitweise in einem Bereich eines
Kurzschlussstroms des Multipack-Batteriesystems liegen kann, zwischen den Klemmen des Batterieanschlusses und dem elektrischen Verbraucher fließen. Für eine Begrenzung des Stroms kann zumindest ein Vorladewiderstand aus einer Gruppe oder aus zumindest zwei Gruppen zugeschaltet werden. Das Zuschalten des Vorladewiderstands kann ein elektrisches Schalten des jeweiligen Vorladewiderstands in Serie zwischen dem Batteriepack und dem Batterieausgang sein, wobei das Trennen des Vorladewiderstands ein Überbrücken des Vorladewiderstands durch die Schalteranordnung sein kann.
Es kann dabei vorkommen, dass die Vorladewiderstände nicht gleichzeitig zugeschaltet werden. Beispielsweise können die Batteriemanagementsysteme der jeweiligen Gruppen die Vorladewiderstände unabhängig voneinander zuschalten, so dass ein Zeitversatz beim Zuschalten entsteht und ein einzelner Vorladewiderstand die elektrische Energie eines zeitweisen Kurzschlussstroms zwischen dem Multipack-Batteriesystem und der Kapazität aufnehmen muss. Hierzu können die Batteriemanagementsysteme untereinander unkoordiniert sein, so dass das der Zeitversatz zufällig oder statistisch auftritt.
Der Kurzschlussstrom des Multipack-Batteriesystems kann den jeweiligen zugeschalteten Vorladewiderstand ab einem Überschreiten einer Pulsdauer tp beschädigen. Um den Vorladewiderstand vor einer Beschädigung oder sogar einer Zerstörung durch einen Kurschlussstrom, insbesondere durch einen Ladestrom der Kapazität, zu schützen, können die jeweilige Gruppe und/oder das Multipack-Batteriesystem von dem Batterieanschluss nach Ablauf der Pulsdauer elektrisch getrennt werden. Die Pulsdauer kann dabei proportional zu einem Verhältnis eines äquivalenten Gesamtwiderstands aller zugeschalteten Vorladewiderstände Req zu einem einzelnen Vorladewiderstand R sein, welches durch das Verhältnis tpoo-^ ausgedrückt werden kann. Je kleiner ein Betrag des jeweiligen Vorladewiderstands ist, desto kleiner kann die Pulsdauer sein.
Der zumindest eine zugeschaltete Vorladewiderstand des Multipack-Batteriesystems, die Kapazität des Verbrauchers und die Widerstände der gesamten Schaltanordnung bilden gemeinsam eine analoge RC-Ersatzschaltung aus, wobei deren Zeitkonstante aus T = ReqC bestimmt wird. Dabei bezeichnet Ren einen Gesamtwiderstand, welcher durch das Zuschalten der Vorladewiderstände und durch die Schaltanordnung selbst gebildet wird. Die Ladezeit der Kapazität ist dabei proportional zur Zeitkonstanten und damit proportional zum Gesamtwiderstand.
Wenn mindestens zwei Vorladewiderstände parallel geschaltet werden, reduziert sich der Gesamtwiderstand. Wenn dagegen mindestens zwei Vorladewiderstände in Serie geschaltet werden, vergrößert sich der Gesamtwiderstand. Bei einem Zuschalten von mindestens zwei elektrisch parallel geschalteten Gruppen mit jeweils einem Vorladewiderstand kann die Ladezeit der Kapazität entsprechend reduziert werden. Dagegen kann bei einem Zuschalten von in Serie geschalteten Vorladewiderständen innerhalb einer Gruppe die Ladezeit verlängert werden. Die Pulsdauer kann somit mit proportional zum Widerstandswert des Gesamtwiderstands sein.
Beispielsweise kann die Pulsdauer bei einer Batteriespannung von 850 V mit einem einzelnen Vorladewiderstand 10 bis 125 Millisekunden betragen, wenn der Vorladewiderstand einen Widerstandswert von 25 n aufweist. Zum Schutz vor Beschädigung, kann der Vorladewiderstand innerhalb der Pulsdauer elektrisch getrennt oder überbrückt werden. Dies kann jedoch mit bestehenden Softwarearchitekturen für Kraftfahrzeuge nicht erreicht werden, welche häufig eine Latenzzeit von 100 Millisekunden aufweisen. Mittels einem entsprechenden Zuschalten von mehreren Vorladewiderständen innerhalb einer Gruppe oder von mehreren Gruppen kann aber die Pulsdauer über die Latenzzeit hinaus vergrößert oder verkürzt werden und somit an Latenzzeiten einer Softwarearchitektur angepasst werden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kapazität beispielsweise langsamer von den Batteriemodulen der Gruppe aufgeladen wird. Insbesondere kann hierdurch eine Amplitude einer auf den jeweiligen zugeschalteten Vorladewiderstand wirkenden elektrischen Leistung eines Ladestroms, welcher von dem Multipack-Batteriesystem über den Batterieanschluss zur Kapazität fließt und diese auflädt, reduziert werden. Die elektrische Energie des Ladestroms kann somit gleichmäßiger an den jeweiligen Vorladewiderstand abgegeben werden, wodurch der Vorladewiderstand und insbesondere dessen Materialien geschont werden können und somit dessen Lebensdauer verlängert werden kann.
Zusätzlich ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass eine elektrische Energie des Ladestroms an mehrere Vorladewiderstände verteilt abgegeben wird. Die elektrische Energie des Ladestroms wird in dem Vorladewiderstand in Wärme umgewandelt, welche durch das Zuschalten von mehreren Vorladewiderständen, insbesondere von zumindest zwei Vorladewiderständen, reduziert werden kann. Durch die Begrenzung des Ladestroms kann somit das Multipack-Batteriesystem und auch der elektrische Verbraucher, insbesondere ein elektrischer Inverter, geschont und deren Lebensdauer somit verlängert werden.
Weiterhin ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass ein Anwendungsbereich des Multipack-
Batteriesystems ohne zusätzliche Hardwareänderung oder -Anpassung erweitert werden kann. So können beispielsweise Multipack-Batteriesysteme, welche für eine Verwendung in Personenkraftfahrzeugen ausgebildet sind, ohne eine Änderung der Hardware auch in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden. Nutzfahrzeuge weisen dabei typischerweise Inverter mit einer größeren Kapazität als in Personenkraftwagen auf, wodurch dementsprechend angepasste Vorladewiderstände erforderlich wären, um die Ladeströme zu begrenzen. Eine dafür vorgesehene Hardwareanpassung kann dadurch entfallen. Die Anpassung an unterschiedlich große Kapazitäten kann durch das oben beschriebene Verfahren nun mittels einer Softwarecodierung auf den entsprechenden Fahrzeugtyp erreicht werden.
Zumindest zwei Gruppen, welche jeweils zumindest einen Vorladewiderstand umfassen, können ausgewählt und elektrisch mit dem Batterieanschluss verbunden werden, wobei in den ausgewählten Gruppen zumindest ein Vorladewiderstand zugeschaltet wird. Mit anderen Worten, aus zumindest einer Gruppe, optional aus jeder Gruppe des Multipack-Batteriesystems, kann zumindest ein Vorladewiderstand zur Strombegrenzung zugeschaltet werden. Hierdurch kann eine elektrische Energie, welche in den zugeschalteten Vorladewiderständen in Wärme umgewandelt wird, über mehrere Vorladewiderstände und über mehrere Gruppen verteilt werden.
Beispielsweise kann aus jeder Gruppe des Multipack-Batteriesystems ein erster Vorladewiderstand zugeschaltet werden. Da die Gruppen über die Schaltanordnung zueinander parallel geschaltet sind, sind die zugeschalteten Vorladewiderstände über die Schaltanordnung ebenfalls parallel geschaltet. Hierdurch kann der Gesamtwiderstand der zugeschalteten Widerstände über die Parallelschaltung im Vergleich zu einem einzelnen Vorladewiderstand reduziert werden, welches ebenfalls eine Ladezeit der Kapazität reduziert.
Ergänzend kann durch ein Zuschalten zumindest eines zweiten Vorladewiderstands in der jeweiligen Gruppe, welcher innerhalb der Gruppe mit dem ersten Vorladewiderstand in Serie geschaltet ist, der Gesamtwiderstand der zugeschalteten Vorladewiderstände vergrößert und somit die Ladezeit der Kapazität verlängert werden. Für das Zuschalten der Vorladewiderstände können zumindest zwei Gruppen des Multipack-Batteriesystems ausgewählt werden, wobei die Anzahl der ausgewählten Gruppen zum Zuschalten der Vorladewiderstände proportional zu einer Größe der Kapazität ansteigen kann, bis die Anzahl der ausgewählten Gruppen die Gesamtzahl der Gruppen des Multipack-Batteriesystems beträgt.
Beispielsweise können bei einem elektrischen Verbinden des Multipack-Batteriesystems mit einem Inverter eines Elektromotors eines Personenkraftwagens zwei Gruppen zum Zuschalten der Vorladewiderstände zur Strombegrenzung ausgewählt werden und bei einem elektrischen Verbinden des Multipack-Batteriesystems mit einem Inverter eines Elektromotors eines Nutzfahrzeugs mit einer größeren Kapazität, proportional zur Größe der Kapazität zumindest drei Gruppen oder alle Gruppen des Multipack-Batteriesystems ausgewählt werden.
Wenn beispielsweise das Multipack-Batteriesystem fünf oder zehn Gruppen mit jeweils zumindest zwei Vorladewiderständen umfasst und jeweils ein Vorladewiderstand in allen Gruppen elektrisch mit der Schaltanordnung verbunden wird, kann die auf jeden Vorladewiderstand abfallende elektrische Energie reduziert werden, wobei die Ladezeit der Kapazität ein Fünftel einer äquivalenten Ladezeit der Kapazität mit nur einem Vorladewiderstand beträgt. Wenn ergänzend in allen Gruppen jeweils zwei Vorladewiderstände zugeschaltet werden, kann die auf jeden Vorladewiderstand abfallende elektrische Energie um den Faktor 10 reduziert werden, während die Ladezeit der Kapazität zwei Fünftel einer äquivalenten Ladezeit der Kapazität mit nur einem Vorladewiderstand beträgt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verteilung der elektrischen Energie auf mehrere Vorladewiderstände die jeweiligen Vorladewiderstände geschont und eine Lebensdauer des Multipack-Batteriesystems des Multipack-Batteriesystems verlängert werden kann. Zudem kann das Multipack-Batteriesystem elektrische Verbraucher mit unterschiedlich großen Kapazitäten ohne eine zusätzliche Hardwareanpassung mit elektrischer Energie versorgen.
Weiterhin kann eine Gruppe, welche zumindest zwei Vorladewiderstände umfasst, ausgewählt und elektrisch mit dem Batterieanschluss verbunden werden, wobei in der ausgewählten Gruppe die zumindest zwei Vorladewiderstände zugeschaltet werden. Mit anderen Worten, alternativ zum Zuschalten von zumindest einem Vorladewiderstand in mehreren Gruppen können innerhalb einer Gruppe mehrere Vorladewiderstände zur Strombegrenzung zugeschaltet werden. Da die Gruppen über die Schaltanordnung parallel geschaltet sind, kann von den Gruppen des Multipack- Batteriesystems eine Gruppe ausgewählt und mittels zumindest eines Schaltelements mit der Schaltanordnung und/oder dem Batterieanschluss elektrisch verbunden werden. Dabei kann die ausgewählte Gruppe zumindest zwei Vorladewiderstände, welche elektrisch in Serie geschaltet sind, umfassen.
Die ausgewählte Gruppe kann einen ersten Vorladewiderstand und zumindest einen zweiten Vorladewiderstand umfassen. Durch das Schalten des ersten und des zumindest einen zweiten Vorladewiderstands in Serie vergrößert sich der Gesamtwiderstand, wobei die Ladezeit der Kapazität zum Aufladen verlängert wird. Eine Anzahl der zweiten Vorladewiderstände kann dabei proportional zu der Größe der Kapazität sein. So kann beispielsweise bei einer kleinen Kapazität, beispielsweise eine Kapazität kleiner als 5 mF, ein zweiter Vorladewiderstand mit dem ersten Vorladewiderstand in der Gruppe in Serie geschaltet werden und bei einer großen Kapazität, beispielsweise größer als 10 mF, zumindest zwei zweite Vorladewiderstände mit dem ersten Vorladewiderstand innerhalb der Gruppe in Serie geschaltet werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Multipack-Batteriesystem ohne eine zusätzliche Hardwareanpassung elektrische Verbraucher mit unterschiedlich großen elektrischen Kapazitäten mit elektrischer Energie versorgen kann.
Ergänzend kann jeweils eine andere Gruppe bei einem erneuten elektrischen Verbinden des Multipack-Batteriesystems mit dem elektrischen Verbraucher ausgewählt werden. Dazu kann die ausgewählte Gruppe nach einem Einschaltvorgang gewechselt werden.
Ergänzend oder alternativ kann die Gruppe nach einem Kriterium ausgewählt werden, wie beispielsweise die Gruppe mit der niedrigsten Klemmenspannung und/oder die Gruppe mit der niedrigsten Anzahl der Ladezyklen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nur ein Teil des Multipack-Batteriesystems als Spannungsquelle für den Ladestrom verwendet wird, womit eine zusätzliche Strombegrenzung erreicht werden kann. Zudem können die Batteriemodule in den jeweiligen Gruppen durch das Auswählen nach zumindest einem Kriterium gleichmäßig beansprucht werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Vorladewiderstände gleichzeitig oder zeitversetzt jeweils einzeln zugeschaltet werden können. Mit anderen Worten, zumindest zwei Vorladewiderstände in einer Gruppe und/oder in zumindest zwei Gruppen können gleichzeitig oder einzeln in einer Kaskade zugeschaltet werden. Insbesondere können die Vorladewiderstände einzeln nacheinander zugeschaltet werden.
Ergänzend können die Vorladewiderstände in der Kaskade zeitlich versetzt einzeln zugeschaltet werden, bis eine Aufschaltzeit abgelaufen ist. Die Aufschaltzeit kann beispielsweise ein Zeitschwellenwert sein, an welchem die Kapazität zumindest zu 95 % aufgeladen ist, wie beispielsweise ein Dreifaches einer Zeitkonstanten einer RC-Ersatzschaltung umfassend einen einzelnen Vorladewiderstand und die Kapazität. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren in bestehenden Multipack-Batteriesystemen als eine Retrofit-Anwendung nachgerüstet werden kann. Beispielsweise kann das Zuschalten einzelner Vorladewiderstände weniger Anpassungsbedarf einer Software eines Batteriesteuergeräts erfordern als ein gleichzeitiges Zuschalten.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Vorladewiderstand einzeln über eine Pulsdauer zugeschaltet werden kann, wobei optional der Vorladewiderstand nach Ablauf der Pulsdauer über eine Pausenzeit elektrisch von dem Batterieanschluss getrennt werden kann. Mit anderen Worten, in einer Gruppe können elektrisch in Serie geschaltete Vorladewiderstände über die Pulsdauer zeitversetzt zugeschaltet werden. Die Vorladewiderstände können einzeln in einer Kaskade zugeschaltet und nach Ablauf der Pulsdauer wieder elektrisch getrennt oder überbrückt werden während ein nachfolgender Vorladewiderstand nach Ablauf der Pulsdauer gleichzeitig mit dem elektrischen Trennen oder Überbrücken zugeschaltet wird.
Beispielsweise kann in einerseits innerhalb einer Gruppe mit zumindest zwei elektrisch in Serie geschalteten Vorladewiderständen zum Schaltzeitpunkt ein erster Vorladewiderstand über die Pulsdauer zugeschaltet werden und dann nach Ablauf der Pulsdauer ein zweiter Vorladewiderstand. Ergänzend kann der erste Vorladewiderstand nach Ablauf der Pulsdauer elektrisch getrennt oder überbrückt werden. Der besagte Vorgang kann solange fortgeführt werden, bis alle Vorladewiderstände in der Gruppe zugeschaltet sind oder bis die Aufschaltzeit abgelaufen ist.
Beispielsweise kann andererseits zum Schaltzeitpunkt ein erster Vorladewiderstand in einer ersten Gruppe über die Pulsdauer zugeschaltet werden. Nach Ablauf der Pulsdauer kann eine zweite Gruppe elektrisch mit der Schaltanordnung verbunden und ein erster Vorladewiderstand in der zweiten Gruppe zugeschaltet werden. Ergänzend kann der erste Vorladewiderstand der ersten Gruppe und/oder die erste Gruppe elektrisch getrennt werden. Der besagte Vorgang kann solange fortgeführt werden, bis alle Gruppen mit der Schaltanordnung elektrisch verbunden sind oder nach dem Schaltzeitpunkt bereits einmal verbunden waren.
Ergänzend kann, wenn alle Gruppen in dem Multipack-Batteriesystem mit der Schaltanordnung elektrisch verbunden sind oder einmal nach dem Schaltzeitpunkt verbunden waren, in der ersten Gruppe ein zweiter Vorladewiderstand über die Pulsdauer zugeschaltet werden. Nach Ablauf der Pulsdauer kann dann in der zweiten Gruppe ein zweiter Vorladewiderstand zugeschaltet werden. Ergänzend kann der zweite Vorladewiderstand der ersten Gruppe und/oder die erste Gruppe elektrisch getrennt werden Der besagte Vorgang kann solange fortgeführt werden, bis alle Vorladewiderstände in allen Gruppen des Multipack-Batteriesystems zugeschaltet sind oder nach dem Schaltzeitpunkt bereits einmal verbunden waren.
Das zeitversetzte, gruppenweise Zuschalten der Vorladewiderstände kann beispielsweise durch eine unkoordinierte Ansteuerung von zumindest einem Vorladewiderstand in einer Gruppe durch das jeweilige Batteriemanagementsystem der Gruppe erreicht werden. Jede Gruppe des Multipack- Batteriesystems kann ein eigenes Batteriemanagementsystem aufweisen, welches jeweils ab dem Schaltzeitpunkt zu einem statistischen Zeitpunkt den zumindest einen Vorladewiderstand in ihrer Gruppe zuschalten kann. Um eine Beschädigung des jeweiligen zugeschalteten Vorladewiderstands der Gruppe zu vermeiden, kann das Batteriemanagementsystem den jeweiligen Vorladewiderstand über die Pulsdauer zuschalten und nach Ablauf der Pulsdauer elektrisch trennen. Die Pulsdauer kann dabei in Abhängigkeit von der Kapazität und/oder von der Klemmenspannung der Gruppe und/oder in Abhängigkeit von dem Vorladewiderstand derart bemessen sein, dass ein Kurzschlussstrom der Gruppe den Vorladewiderstand über die Pulsdauer nicht beschädigt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass neben der Anwendung des Verfahrens als eine Retrofit- Anwendung, die Ladezeit der Kapazität in einerseits insgesamt verkürzt und andererseits insgesamt verlängert werden kann. Insbesondere kann eine Systemintegration einfacher durchgeführt werden.
Alternativ können ab dem Schaltzeitpunkt alle oder zumindest zwei Vorladewiderstände gleichzeitig über die Pulsdauer hinweg zugeschaltet werden, wobei optional die Vorladewiderstände und/oder die jeweilige Gruppe nach Ablauf der Pulsdauer für die Pausenzeit elektrisch von dem Batterieanschluss getrennt werden können. Insbesondere kann die Pausenzeit zumindest die Pulsdauer betragen.
Die Pausenzeit kann derart bemessen sein, dass der jeweilige Vorladewiderstand ausreichend abkühlt, so dass ein darauf folgender Kurschlussstrom des Batteriepacks und/oder der Gruppe über die Pulsdauer den jeweiligen Vorladewiderstand nicht beschädigt. Die Pulsdauer kann derart bemessen sein, dass ein Kurzschlussstrom des Batteriepacks und/oder der Gruppe den Vorladewiderstand nicht beschädigt. Beispielsweise kann die Pulsdauer und/oder die Pausenzeit 10 ms betragen. Während der Pausenzeit können die Vorladewiderstände ausgeschaltet sein und/oder die jeweilige Gruppe kann von dem Batterieanschluss elektrisch getrennt sein. Die beiden Vorladewiderstände können sich in demselben Batteriepack oder in unterschiedlichen Batteriepacks befinden. Die Vorladewiderstände können somit parallel oder in Serie geschaltet sein, wobei zumindest zwei Vorladewiderstände für die Pulsdauer zugeschaltet werden.
Ergänzend kann während der Aufschaltzeit, insbesondere während der Pausenzeit oder der Pulsdauer, ein Ladezustand der Kapazität und/oder eine Klemmenspannung der Kapazität und/oder des Inverters und/oder des Verbrauchers und/oder eine Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs gemessen werden, um einen gewünschten Ladezustand oder einen Mindestladezustand der Kapazität zu bestimmen.
Beispielsweise kann der Ladezustand oder der Mindestladezustand einer Zuschaltspannung als Schwellenwert entsprechen. Wenn die gemessene Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht, kann das jeweilige Batteriepack oder die jeweilige Gruppe, insbesondere alle Batteriepacks oder alle Gruppen, mit dem Batterieausgang und/oder dem Verbraucher und/oder der Kapazität elektrisch verbunden werden, wobei die jeweiligen Vorladewiderstände überbrückt werden können. Dies kann beispielsweise durch ein Schließen der Hauptkontakte und der Überbrückungskontakte der Vorladewiderstände erfolgen.
Findet die Messung während der Pausenzeit statt, so sind entsprechend alle Vorladewiderstände abgeschaltet, so dass kein Strom über diese fließt. Wenn die Zuschaltspannung noch nicht erreicht ist, können die Vorladewiderstände wieder für die Pulsdauer eingeschaltet werden und dann für die Pausenzeit ausgeschaltet werden, optional bis die Aufschaltzeit abgelaufen ist und/oder ein Mindestladezustand der Kapazität erreicht ist und/oder die Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht. Die Messung findet dann wieder dann statt, wenn alle Vorladewiderstände abgeschaltet sind. Damit findet ein Schließen der Hauptkontakte nur dann statt, wenn alle Vorladewiderstände abgeschaltet sind.
Der Mindestladezustand der Kapazität oder die Zuschaltspannung kann derart bemessen sein, dass bei einem Überbrücken der Vorladewiderstände die Kapazität mit einem Ladestrom oder einem Kurzschlussstrom des jeweiligen Batteriepacks und/oder der jeweiligen Gruppe, insbesondere aller Batteriepacks und/oder aller Gruppen, welcher keine Beschädigungen verursacht, geladen wird. Beispielsweise kann der Mindestladezustand bei einer relativ großen Kapazität, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, mindestens 80 Prozent betragen, wogegen der Mindestladezustand bei einer relativ kleinen Kapazität, insbesondere in einem Personenkraftwagen, mindestens 50 Prozent betragen kann.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das besagte Verfahren für alle Architekturen des Multipack- Batteriesystems, insbesondere einer Parallelschaltung und/oder einer Serienschaltung der jeweiligen Batteriepacks oder der jeweiligen Gruppen der Vorladewiderstände (oder einer Kombination davon), verwendet werden kann. Dabei sollten zumindest zwei Vorladewiderstände gleichzeitig zugeschaltet werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenn in der ausgewählten Gruppe nach Ablauf der Pulsdauer ein erster Vorladewiderstand der ausgewählten Gruppe elektrisch von dem Batterieanschluss getrennt wird, ein zweiter Vorladewiderstand der ausgewählten Gruppe elektrisch mit dem Batterieanschluss verbunden werden kann oder die ausgewählte Gruppe elektrisch von dem Batterieanschluss getrennt werden kann. Mit anderen Worten, der einzelne Vorladewiderstand wird nur während der Pulsdauer zugeschaltet und nach Ablauf der Pulsdauer mittels der Schalteranordnung überbrückt. Beispielsweise kann der erste Vorladewiderstand über eine erste Pulsdauer zugeschaltet werden. Nach Ablauf der ersten Pulsdauer kann der erste Vorladewiderstand mittels der Schalteranordnung elektrisch getrennt und ein nachfolgender, zweiter Vorladewiderstand in derselben oder einer anderen Gruppe über eine zweite Pulsdauer zugeschaltet werden. Dabei können die erste und zweite Pulsdauer gleich oder verschieden sein.
Beispielsweise kann der erste Vorladewiderstand die meiste elektrische Energie aufnehmen und sich daher am stärksten erwärmen, während die nachfolgenden Vorladewiderstände weniger elektrische Energie aufnehmen. Daher kann die erste Pulsdauer kürzer sein als die zweite Pulsdauer.
Ergänzend kann die Pulsdauer des auf den ersten Vorladewiderstands nachfolgenden Vorladewiderstands mit Aufschaltzeit zunehmen, sodass die Vorladewiderstände gleichmäßig belastet werden.
Ergänzend kann, wenn alle Gruppen und/oder alle Vorladewiderstände in des Multipack- Batteriesystems nach dem Schaltzeitpunkt bereits einmal mit der Schaltanordnung elektrisch verbunden waren, die erste Gruppe und/oder der erste Vorladewiderstand nach Ablauf einer Pausenzeit erneut zugeschaltet werden. Die Pausenzeit kann eine Zeit für ein Abkühlen des Vorladewiderstands umfassen. Beispielsweise kann die Pausenzeit zumindest die Pulsdauer multipliziert mit der Anzahl der Gruppen des Multipack-Batteriesystems und/oder multipliziert mit der Anzahl der Vorladewiderstände innerhalb der Gruppe betragen. Beispielsweise kann die Pausenzeit die fünffache Pulsdauer betragen, wenn das Multipack-Batteriesystem fünf Gruppen umfasst.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die auf die Vorladewiderstände beim Laden wirkende elektrische Energie zeitlich gleichmäßig auf die einzeln zugeschalteten Vorladewiderstände verteilt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vorladewiderstände ab dem Schaltzeitpunkt solange zeitversetzt zugeschaltet werden können, bis zumindest eine Aufschaltzeit abgelaufen ist, welche zumindest ein Dreifaches einer Zeitkonstanten einer RC-Ersatzschaltung betragen kann, welche aus dem zumindest einen Vorladewiderstand und der Kapazität gebildet wird. Mit anderen Worten, bei dem gemeinsamen Aufschalten von mehreren Vorladewiderständen kann der Gesamtwiderstand einmal größer oder kleiner als ein einzelner Vorladewiderstand sein. Die Aufschaltzeit kann hier einen Zeitschwellenwert definieren, zu welchem das Verfahren abgebrochen oder alle Gruppen elektrisch mit der Schaltanordnung verbunden werden, wobei ergänzend alle Vorladewiderstände des Multipack-Batteriesystems elektrisch getrennt oder überbrückt werden. Die Aufschaltzeit kann der Zeitwert sein, an welchem die Kapazität der RC-Ersatzschaltung umfassend die Kapazität und einen einzelnen Vorladewiderstand einen Mindestladezustand, beispielsweise 95 %, erreicht hat. Dies ist in der Regel der Fall, wenn die Aufschaltzeit das Dreifache der Zeitkonstanten der entsprechenden RC-Ersatzschaltung beträgt.
Wenn die Summe aller Pulsdauern der zugeschalteten Vorladewiderstände größer als die Aufschaltzeit ist, kann die Kapazität vollständig geladen werden. Wenn dagegen die Summe aller Pulsdauern der zugeschalteten Vorladewiderstände kleiner als die Aufschaltzeit ist, kann das Verfahren abgebrochen oder alternativ bis zum Ablauf einer Pausenzeit gewartet und dann das Verfahren beginnend mit dem ersten Vorladewiderstand erneut gestartet werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Zeitschwellenwert definiert werden kann, zu welchem das Verfahren auf sichere Weise beendet oder fortgesetzt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach Ablauf der Aufschaltzeit alle Gruppen des Multipack- Batteriesystems elektrisch mit dem Batterieanschluss verbunden und optional die Vorladewiderstände elektrisch von dem Batterieanschluss getrennt werden können. Mit anderen Worten, nach Ablauf der Aufschaltzeit können alle Gruppen elektrisch mit der Schaltanordnung verbunden werden. Ergänzend können alle Vorladewiderstände überbrückt werden. Nach Ablauf der Aufschaltzeit kann die Kapazität ausreichend geladen sein, beispielsweise zu 95 %, sodass der restliche Ladestrom einen vernachlässigbaren Wert erreicht. Somit kann nach Ablauf der Aufschaltzeit das Aufschaltverfahren beendet und der elektrische Verbraucher ohne eine Beschädigung von Komponenten von des Multipack-Batteriesystems mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kapazität auf nach Ablauf der Aufschaltzeit stets vollständig geladen wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zum oder nach dem Schaltzeitpunkt eine elektrische Spannung an der Kapazität des elektrischen Verbrauchers gemessen und aus zumindest zwei Spannungsmesswerten ein Spannungsgradient berechnet werden kann, wobei optional ein Kurzschluss erkannt werden kann, wenn der Spannungsgradient negativ oder null ist.
Mit anderen Worten, der Spannungsgradienten kann aus zwei oder drei Spannungsmesswerten der Klemmenspannung der Kapazität bestimmt werden. Hierzu können ab dem Schaltzeitpunkt zwei oder drei Spannungsmessungen an der Kapazität mittels einer Sensoreinheit zur Spannungsmessung durchgeführt und aus den Spannungsmesswerten der Spannungsgradienten berechnet werden.
Beispielsweise kann der Spannungsgradient mittels einer Differenz von zumindest zwei Spannungsmesswerten und, welche ergänzend durch einen Messschritt geteilt wird, berechnet werden. Wenn der Spannungsgradient einen positiven Wert hat, kann die Klemmenspannung an der Kapazität steigen. Wenn dagegen der Spannungsgradient negativ oder null ist, kann dies indizieren, dass die Kapazität des elektrischen Verbrauchers nicht geladen wird und daher ein Kurzschluss vorliegt. Bei einem Erkennen eines Kurzschlusses können das Multipack- Batteriesystem und/oder die Gruppen von dem elektrischen Verbraucher elektrisch getrennt werden, beispielsweise mittels der Schaltelemente und/odereinem Batterietrennschalter. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Betriebssicherheit des Multipack-Batteriesystems verbessert werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Kurzschluss erkannt werden kann, wenn der Spannungsgradient an der Kapazität innerhalb der Pulsdauer und/oder innerhalb von in ein bis drei Messzyklen der Sensoreinheit negativ oder null ist, wobei optional der Messzyklus kürzer als die Pulsdauer sein kann und/oder 10 bis 30 Millisekunden dauern kann. Mit anderen Worten, wenn zumindest ein Spannungsgradient innerhalb eines Zeitintervalls negativ oder null ist, kann bestimmt werden, dass ein Kurzschluss vorliegt.
Ergänzend können aus mindestens drei Spannungsmesswerten aus zumindest drei Messzyklen zumindest zwei Spannungsgradienten, drei Spannungsgradienten, berechnet werden. Wenn eine Mehrheit der Spannungsgradienten negativ oder null ist, kann ein Vorliegen eines Kurzschlusses bestimmt werden. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit einer Fehleinschätzung reduziert werden. In jedem Messzyklus kann beispielsweise ein Spannungsgradient aus einer Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungsmesswerten, ergänzend geteilt durch einen Zeitabstand zwischen den jeweiligen Spannungsmesswerten, bestimmt werden. Wenn eine Mehrheit der Spannungsgradienten negativ oder null ist, kann ein Kurzschluss bestimmt werden.
Ein Zeitintervall kann für die Messzyklen der Sensoreinheit und des Batteriesteuergeräts kürzer sein als die Pulsdauer. Die Pulsdauer kann beispielsweise 125 Millisekunden betragen. Das Zeitintervall für die Kurzschlusserkennung kann kürzer sein als 125 Millisekunden, insbesondere jedoch 10 bis 30 Millisekunden dauern. Alternativ kann das Zeitintervall 1 bis 3 Latenzzeiten, eines Basiscomputerprogramms des Batteriesteuergeräts betragen. Alternativ kann das Zeitintervall 1 bis 3 Messzyklen einer Sensoreinheit zur Spannungsmessung betragen. Eine Kurzschlusserkennung kann mittels zumindest eines Wertes des Spannungsgradienten innerhalb des Zeitintervalls durchgeführt werden. Wenn bestimmt wird, dass kein Kurzschluss vorliegt, kann nach Abschluss der Kurzschlussbestimmung das Verfahren zur Strombegrenzung fortgeführt werden. Wenn dagegen während dem Zeitintervall bestimmt wird, dass ein Kurzschluss vorliegt, können Schaltelemente und/oder ein Batterietrennschalter geöffnet und ergänzend eine Warnmeldung ausgeben werden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Kurzschluss von dem Batteriesteuergerät ausreichend schnell erkannt werden und Schäden durch einen Kurzschluss reduziert werden können.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Batteriesteuergerät, optional ein Batteriemanagementsystem, mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst,
Entsprechend wird ein Batteriesteuergerät, optional ein Batteriemanagementsystem, zur Strombegrenzung für ein Multipack-Batteriesystem vorgeschlagen, welches eine Prozessoreinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, vor oder zu einem Schaltzeitpunkt, an welchem das Multipack-Batteriesystem mit einem elektrischen Verbraucher elektrisch verbunden wird, zumindest ein Schaltelement zumindest einer Schalteranordnung des Multipack-Batteriesystems zum Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen anzusteuern.
Mit anderen Worten, das Batteriesteuergerät kann dazu eingerichtet sein, zumindest zwei Vorladewiderstände in einem Multipack-Batteriesystem gleichzeitig oder zeitversetzt zuzuschalten. Hierzu kann das Batteriesteuergerät zumindest eine Schnittstelle zu einer Signalleitung aufweisen, über welche zumindest ein Schaltelement zumindest einer Schalteranordnung des jeweiligen Vorladewiderstands angesteuert werden kann.
Das Batteriesteuergerät und insbesondere das Batteriemanagementsystem können hierzu jeweils als eine elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen sein, welche zumindest einen Prozessor und/oder zumindest einen Speicher umfasst, wobei in dem Speicher Programmanweisungen gespeichert sind, die den zumindest einen Prozessor dazu veranlassen, das besagte Verfahren auszuführen.
Mit anderen Worten, das Batteriesteuergerät und insbesondere das Batteriemanagementsystem können jeweils eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder zumindest eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des besagten Verfahren durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher oder Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Das Batteriesteuergerät kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das Batteriemanagementsystem der jeweiligen Gruppe des Multipack-Batteriesystems anzusteuern und dazu zu veranlassen, zumindest einen Vorladewiderstand in der jeweiligen Gruppe zuzuschalten und ergänzend nach Ablauf der Pulsdauer elektrisch zu trennen. Beispielsweise kann das Batteriesteuergerät die Batteriemanagementsysteme der jeweiligen Gruppen für ein Einschalten des Multipack-Batteriesystems zum Schaltzeitpunkt ansteuern.
Alternativ kann das Batteriesteuergerät dazu ausgebildet sein, ein Batteriemanagementsystem für mehrere Gruppen des Multipack-Batteriesystems bereitzustellen. Das Batteriesteuergerät kann eine Schnittstelle für eine Sensoreinheit zur Messung einer Klemmenspannung einer Kapazität eines elektrischen Verbrauchers aufweisen. Das Batteriesteuergerät kann dazu eingerichtet sein, aus den Spannungsmesswerten einen Spannungsgradienten zu bestimmen und einen Kurzschluss zu erkennen, wenn der Spannungsgradient innerhalb eines Zeitintervalls seit dem Schaltzeitpunkt überwiegend negativ oder null ist.
Ein Anstieg der Spannung an der Kapazität seit dem Schaltzeitpunkt kann ein Indiz dafür sein, dass kein Kurzschluss vorliegt. Beispielsweise kann das Batteriesteuergerät dazu eingerichtet sein, innerhalb des Zeitintervalls 1 bis 3 Messzyklen zur Spannungsmessung an der Kapazität mittels der Sensoreinheit durchzuführen und aus den Spannungsmesswerten zumindest einen Spannungsgradienten zu bilden. Das Zeitintervall kann dabei kleiner sein als 125 Millisekunden, insbesondere 10 bis 30 Millisekunden dauern. Alternativ kann das Zeitintervall 1 bis 3 Latenzzeiten des Basiscomputerprogramms und/oder des Treibers betragen, insbesondere von 1 bis 3 Messzyklen. Das Batteriesteuergerät kann dazu eingerichtet sein, einen Kurzschluss innerhalb des Zeitintervalls zu bestimmen, wenn die Spannungsgradienten überwiegend negativ oder null sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Batteriesteuergerät mittels einer Spannungsmessung an der Kapazität innerhalb des Zeitintervalls seit dem Schaltzeitpunkt einen Kurzschluss erkennen kann.
Insbesondere kann das Batteriesteuergerät ein Basiscomputerprogramm und/oder zumindest einen Treiber aufweisen, welches dazu ausgebildet sind, das besagte Verfahren zur Strombegrenzung und/oder zur Kurzschlusserkennung durchzuführen. Mittels dem Basiscomputerprogramm kann eine Latenzzeit einer Softwarearchitektur zur Erkennung des Kurzschlusses reduziert werden. Hierdurch kann eine nach einem Standard der jeweiligen Softwarearchitektur vorgegebene Latenzzeit für das Verfahren zur Kurzschlusserkennung reduziert werden.
Beispielsweise kann die Latenzzeit eines Computerprogramms nach einem AUTOSARO-Standard 100 ms betragen, welche für das Verfahren zur Kurzschlussstromerkennung zu lange sein kann. Diese Latenzzeit kann mittels des Basiscomputerprogramms und/oder des Treibers verkürzt werden, insbesondere auf 10 bis 30 Millisekunden.
Ergänzend oder alternativ können das Batteriesteuergerät und insbesondere das Batteriemanagementsystem mit einem Speicher mittels einer drahtgebundenen und/oder einer drahtlosen Datenleitung verbunden sein, in welchem Spannungsmesswerte aus der Spannungsmessung an der Kapazität gespeichert sind. Das Batteriesteuergerät und insbesondere das Batteriemanagementsystem können den Speicher aufweisen. Der Speicher kann für ein schnelles Abrufen der Spannungsmesswerte insbesondere als ein flüchtiger Speicher ausgebildet sein.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programmes durch das Batteriesteuergerät, insbesondere das Batteriemanagementsystem, dieses Veranlassen, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Mit anderen Worten, das Computerprogramm kann vorzugsweise für eine Anwendung für eingebettete Systeme implementiert sein. Zusätzlich kann das Computerprogramm für eine Ausführung mittels eines Mikrocontrollers ausgebildet sein.
Zudem sieht die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vor, auf welchem das besagte Computerprogramm gespeichert ist. Mit anderen Worten, das computerlesbare Speichermedium kann eine Lochkarte, ein (Disketten-) Speichermedium, eine Festplatte, eine CD, eine DVD, ein USB (Universal Serial Bus)- Speichergerät, ein RAM (Random Access Memory), ein ROM (Read Only Memory) und/oder ein EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) sein. Vorzugsweise kann das computerlesbare Speichermedium ein RAM oder ein ROM sein, wobei insbesondere ein Flash- Speicher verwendet wird. Bei dem computerlesbaren Speichermedium kann es sich auch um ein Datenkommunikationsnetz handeln, das das Herunterladen eines Programmcodes ermöglicht, wie z.B. das Internet, oder um weitere Systeme. Das Batteriesteuergerät, insbesondere das Batteriemanagementsystem, können jeweils das computerlesbare Speichermedium umfassen.
Weiterhin sieht die Erfindung auch ein Multipack-Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vor, wobei das Multipack-Batteriesystem insbesondere für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Das Multipack-Batteriesystem umfasst das besagte Batteriesteuergerät. Das Multipack-Batteriesystem kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie umfassen. Zudem kann das Multipack- Batteriesystem als ein verteiltes Batteriesystem ausgebildet sein.
Die Erfindung sieht auch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vor, welches die besagte Multipack-Batteriesystem und/oder das besagte Batteriesteuergerät umfasst. Das Kraftfahrzeug ist als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug kann elektrisch angetrieben (EV) oder insbesondere ein Hybridelektrofahrzeug (HEV, PHEV) sein. Die Erfindung umfasst auch Realisierungen, die eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen umfassen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht über einen Batteriestromkreis in einem Kraftfahrzeug, wo ein Multipack-Batteriesystem einen elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt;
Figur 2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform umfassend ein Zuschalten von zumindest einem Vorladewiderstand aus mehreren Gruppen des Multipack-Batteriesystems;
Figur 3 zeigt schematisch einen Zeitverlauf der an den jeweiligen Vorladewiderstand abgegebenen elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Anzahl der zugeschalteten Vorladewiderstände aus den jeweiligen Gruppen;
Figur 4 zeigt schematisch einen Zeitverlauf der Klemmenspannung des Multipack-Batteriesystems, wenn die Gruppen des Multipack-Batteriesystems nacheinander zugeschaltet werden sowie einen zeitlichen Verlauf der an den jeweiligen zugeschalteten Vorladewiderstand abgegebenen elektrischen Pulsenergie;
Figur 5 zeigt schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs der ersten Ausführungsform für ein Batteriesteuergerät für das Zuschalten von zumindest einem Vorladewiderstand in jeder Gruppe des Multipack-Batteriesystems;
Figur 6 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform umfassend ein Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen in einer Gruppe des Multipack-Batteriesystems;
Figur 7 zeigt schematisch einen Verlauf der elektrischen Energie beim Aufladen der Kapazität und der elektrischen Leistung, welche nach dem Schaltzeitpunkt an den Vorladewiderstand abgegeben wird; und
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs der zweiten Ausführungsform für ein Batteriesteuergerät. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 2 abgebildet, welches einen Batteriestromkreis 1 umfasst. In dem Batteriestromkreis 1 wird ein elektrischer Verbraucher 7, welcher beispielsweise ein Elektromotor 10 ist, von einem Multipack-Batteriesystem 3 über einen Batterieanschluss 22 mit elektrischer Energie versorgt.
Der elektrische Verbraucher 7, insbesondere ein Inverter 9 des Elektromotors 10, kann eine elektrische Kapazität 8 umfassen, welche bei einer elektrischen Verbindung des Multipack- Batteriesystems 3 mit dem elektrischen Verbraucher 7 zum Schaltzeitpunkt t0 mit elektrischer Energie aufgeladen wird. Dies kann zu einem hohen Strom führen. Insbesondere zu einem Schaltzeitpunkt t0, an welchem das Multipack-Batteriesystem 3 mittels zumindest eines Schaltelements 21 der Schalteranordnung 14 und/oder eines Batterietrennschalters mit dem elektrischen Verbraucher 7 elektrisch verbunden wird, kann über eine kurze Zeit ein Strom in Höhe eines Kurzschlussstroms des Multipack-Batteriesystems 3 über den Batterieanschluss 22 fließen. Dies ist unerwünscht, da ein solcher Strom zu Schäden an des Multipack-Batteriesystems 3, insbesondere an den Vorladewiderständen 6, führen kann. Zumindest ein Schaltelement 21 der Schalteranordnung 14 kann das Multipack-Batteriesystem 3 im Kurzschlussfall zur Vermeidung weiterer Schäden elektrisch von dem Batteriestromkreis 1 trennen. Dazu kann das zumindest eine Schaltelement 21 der Schalteranordnung 14 mittels einer Signalleitung 13 mit einem Batteriesteuergerät 12 der jeweiligen Gruppe 4 oder der Batterie des Multipack-Batteriesystems 3 verbunden sein, welches dazu ausgebildet ist, das zumindest eine Schaltelement 21 der Schalteranordnung 14 für ein Öffnen und/oder ein Schließen jeweils anzusteuern. Das Batteriesteuergerät 12 kann beispielsweise ein Batteriemanagementsystem eines Batteriepacks 5 sein. Jedes Batteriepack 5 umfassend Batteriezellen, den Vorladewiderstand und zumindest ein Schaltelement 21 kann über ein Batteriemanagementsystem-Steuergerät (BMS-ECU), insbesondere das Batteriesteuergerät 12, aufweisen.
Das Multipack-Batteriesystem 3 umfasst zumindest eine Gruppe 4, welche mit den jeweils anderen Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 über eine Schaltanordnung 24 elektrisch parallel geschaltet und elektrisch mit dem Batterieanschluss 22 verbunden ist. Die Gruppe 4 kann ein String des Multipack-Batteriesystems 3 sein. Die jeweilige Gruppe 4 umfasst zumindest ein oder insbesondere zumindest zwei Batteriepacks 5, welche innerhalb der Gruppe 4 miteinander elektrisch in Serie geschaltet sind. Die Batteriepacks 5 umfassen zumindest ein Batteriemodul 25, welche wiederum die einzelnen Batteriezellen umfassen. Alternativ kann anstelle eines Batteriemoduls 25 zumindest eine Batteriezelle verwendet werden.
Das jeweilige Batteriepack 5 weist zum Zuschalten des jeweiligen Vorladewiderstands 6 eine Schalteranordnung 14 auf, welche zumindest ein Schaltelement 21 umfasst, welches dazu eingerichtet ist, den Vorladewiderstand 6 der Schalteranordnung 14 elektrisch in Serie mit dem Batteriepack 5 und/oder dem Batterieanschluss 22 zu schalten. Das Batteriesteuergerät 12 ist mit dem Schaltelement 21 der Schalteranordnung 14 mittels der Signalleitung 13 verbunden und dazu ausgebildet, mittels eines Ansteuerns des Schaltelements 21 den jeweiligen Vorladewiderstand 6 zuzuschalten und elektrisch zu überbrücken. Dabei kann Zuschalten bedeuten, dass der Vorladewiderstand 6 elektrisch in Serie mit dem Batteriepack 5 und dem Batterieausgang 22 geschaltet ist. Mittels der Schalteranordnung 14 in der jeweiligen Gruppe 4 kann ein Lade- und/oder ein Entladestrom des jeweiligen Batteriepacks 5 in der Gruppe 4 begrenzt werden. Der Vorladewiderstand 6 kann daher zur Strombegrenzung eines Ladestroms verwendet werden, welcher nach dem elektrischen Verbinden des Multipack-Batteriesystems 3 mit dem elektrischen Verbraucher ? nach einem Schaltzeitpunkt t0 die Kapazität 8 auflädt.
Das jeweilige Batteriesteuergerät 12 ist dazu ausgebildet, zu dem Schaltzeitpunkt t0 zumindest ein Schaltelement 21 der Schalteranordnung 14 in der jeweiligen Gruppe 4 zu schließen und somit das Multipack-Batteriesystem 3 elektrisch mit dem elektrischen Verbraucher 7 zu verbinden. Das Batteriesteuergerät 12 ist dazu ausgebildet, mittels des Schaltelements 21 die jeweiligen Gruppen 4 von der Schaltanordnung 24, insbesondere vom Batterieanschluss 22, mittels eines Ansteuerns der jeweiligen Schalelemente 21 elektrisch zu trennen.
Das Batteriesteuergerät 12 und/oder das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 können ergänzend dazu ausgebildet sein, vor oder zum Schaltzeitpunkt t0 zumindest eine der Gruppen 4 auszuwählen und diese mittels eines Ansteuerns des jeweiligen Schaltelements 21 elektrisch mit der Schaltanordnung 24 zu verbinden. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 kann dazu ausgebildet sein, eine Kommunikation und Koordination der Batteriesteuergeräte 12 für ein Öffnen und/oder ein Schließe der Schaltelemente 21 durchzuführen, wobei die Kommunikation zwischen dem Kraftfahrzeugsteuergerät 11 und dem Batteriesteuergerät 12 und/oder zwischen den Batteriesteuergeräten 12 asynchron verläuft, daher nicht echtzeitfähig ist.
Beispielsweise kann das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 dazu ausgebildet sein, die Batteriesteuergeräte 12 für ein Ansteuern der jeweiligen Schaltelemente 21 in den Gruppen 4 zu koordinieren. Alternativ können die Batteriesteuergeräte 12 unkoordiniert, also ohne eine Kommunikation untereinander, ausgebildet sein und die Auswahl der Gruppe 4 einem Zufall derart überlassen, dass eine Gruppe 4 von dem am schnellsten agierenden Batteriesteuergerät 12 zuerst zugeschaltet wird. Hierdurch kann jeweils die erste aufgeschaltete Gruppe 4 permutiert werden. Der Strom der Batteriepacks 5 der ausgewählten Gruppe 4 kann über den Batterieanschluss 22 zum elektrischen Verbraucher 7 fließen und die Kapazität 8 des elektrischen Verbrauchers 7, insbesondere des Inverters 9, aufladen. Dabei entsteht nach dem Schaltzeitpunkt t0 ein Strom, welcher die Kapazität 8 auflädt und durch das jeweilige Batteriesteuergerät 12 mittels der Vorladewiderstände 6 der angeschlossenen Gruppe 4 begrenzt wird.
Hierzu ist das Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet, vor oder zum Schaltzeitpunkt t0 zumindest einen Vorladewiderstand 6 mit dem zumindest einem Batteriepack 5 in der Gruppe 4 mittels der Schalteranordnung 14 für eine Strombegrenzung elektrisch in Serie zu schalten. Der Ladestrom der Kapazität 8 kann im Vorladewiderstand 6 in Wärme umgewandelt werden und den Vorladewiderstand 6 beschädigen.
Das Batteriesteuergerät 12 des Batteriepacks 5 ist dazu ausgebildet, zumindest einen Vorladewiderstand 6, insbesondere innerhalb des Batteriepacks 5 und/oder innerhalb der Gruppe 4, zuzuschalten. Das Batteriesteuergerät 12 ist deshalb dazu ausgebildet, mittels eines Betätigens des Schaltelements 21 den Ladestrom über mehrere Vorladwiderstände 6 zu verteilen.
Ergänzend oder alternativ kann das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 dazu ausgebildet sein, einerseits zumindest zwei Gruppen 4 auszuwählen und in den ausgewählten Gruppen 4 jeweils zumindest einen Vorladewiderstand 6 zuzuschalten und/oder andererseits eine Gruppe 4 auszuwählen und in der ausgewählten Gruppe 4 zumindest zwei Vorladewiderstände 6 zuzuschalten. Die ausgewählte Gruppe 4 wird hierzu von dem jeweiligen Batteriesteuergerät 12 mittels eines Ansteuerns des jeweiligen Schaltelements 21 über die Schaltanordnung 24 mit einer anderen ausgewählten Gruppe 4 und/oder mit dem Batterieanschluss 22 elektrisch parallel geschaltet. Das jeweilige Batteriesteuergerät 12 kann hierzu dazu eingerichtet sein, das jeweilige Schaltelement 21 für ein Öffnen und/oder ein Schließen über die Signalleitung 13 anzusteuern. Wenn einerseits beispielsweise zwei Vorladewiderstände 6 aus jeweils zwei verschiedenen ausgewählten Gruppen 4, welche elektrisch mit dem Batterieausgang 22 verbunden sind, zugeschaltet werden, kann die an jeden Vorladewiderstand 6 nach dem Schaltzeitpunkt t0 abgegebene und in Wärme umgewandelte elektrische Energie reduziert werden. Zudem kann durch das Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen 6 aus jeweils unterschiedlichen Gruppen 4 eine Ladezeit der Kapazität 8 insbesondere proportional zur Anzahl der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 reduziert werden. Weiterhin kann eine Zeitkonstante T einer entsprechenden elektrischen RC-Ersatzschaltung, welche den Gesamtwiderstand der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 und die Kapazität 8 umfasst, proportional zur Anzahl der elektrisch parallel zugeschalteten Vorladewiderstände 6 verkleinert werden. Damit wird insgesamt die Ladezeit der Kapazität 8 reduziert.
Wenn andererseits beispielsweise zwei Vorladewiderstände 6 innerhalb einer ausgewählten Gruppe 4 von dem Batteriesteuergerät 12 in Serie zugeschaltet werden, kann die an jeden Vorladewiderstand 6 abgegebene elektrische Energie des Stroms ebenfalls reduziert werden. Zudem kann durch das Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen 6 in einer ausgewählten Gruppe 4 eine Ladezeit der Kapazität 8 insbesondere proportional zur Anzahl der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 in der Gruppe 4 verlängert werden. Somit können an den jeweiligen Vorladewiderstand 6 abgegebene Energie- oder Leistungsspitzen des Ladestroms reduziert werden. Weiterhin kann eine Zeitkonstante T einer elektrischen RC-Ersatzschaltung, welche den Gesamtwiderstand der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 und die Kapazität 8 umfasst, proportional zur Anzahl der innerhalb der ausgewählten Gruppe elektrisch in Serie zugeschalteten Vorladewiderstände 17 vergrößert werden. Damit wird insgesamt die Ladezeit der Kapazität 8 erhöht.
Ergänzend wird die Ladezeit der Kapazität 8 des elektrischen Verbrauchers 7 ebenfalls erhöht, wenn mehrere Gruppen 4 ausgewählt sind und in jeder ausgewählten Gruppe 4 zumindest ein zweiter Vorladewiderstand 16 zusätzlich zu einem bereits zugeschalteten ersten Vorladewiderstand 15 in der jeweiligen Gruppe 4 elektrisch in Serie zugeschaltet wird, wobei die Gruppen 4 über die Schaltanordnung 24 elektrisch parallel geschaltet werden können, um die Ladedauer zum Aufladen des Batteriesystems 3 über den Batterieanschluss 22 zu verkürzen.
Somit kann beispielsweise bei zwei Vorladewiderständen 6 in der jeweiligen Gruppe 4 nur halb so viel elektrische Energie in Wärme umgewandelt werden, was eine Lebensdauer der Vorladewiderstände 6 und somit des Multipack-Batteriesystems 3 verlängern kann. Insbesondere kann dadurch das Multipack-Batteriesystem 3 dazu befähigt werden, elektrische Verbraucher mit verschieden großen elektrischen Kapazitäten 8 mit elektrischer Energie zu versorgen. Je nach dem Gesamtwiderstand der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 bezüglich des Batterieausgangs 22 kann eine Ladezeit der Kapazität 8 des elektrischen Verbrauchers 7 verkleinert oder vergrößert werden und somit ergänzend an eine Latenzzeit einer Softwarearchitektur angepasst werden.
Alternativ kann das Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, die Vorladewiderstände 6 der Gruppe 4 zeitversetzt nacheinander zuzuschalten. Dabei kann das Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, von den Vorladewiderständen 6 aus der ausgewählten Gruppe 4 jeweils einen Vorladewiderstand 6 einzeln über eine Pulsdauer tp zuzuschalten und nach Ablauf der Pulsdauer tp einen folgenden Vorladewiderstand 6 in der gleichen oder einer anderen Gruppe 4 zuzuschalten und optional nach Ablauf der Pulsdauer tp den vorhergehenden Vorladewiderstand 6 elektrisch zu trennen. Hierdurch kann die elektrische Energie, welche zur Kapazität 8 auflädt von den Batteriepacks 5 der ausgewählten Gruppe 4 über den Batterieanschluss 22 zum elektrischen Verbraucher 7 fließt, pulsweise und zeitlich verteilt auf mehrere Vorladewiderstände 6 verteilt werden.
Ergänzend kann das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, einen Kurzschluss zu bestimmen. Hierzu kann das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, zum Schaltzeitpunkt t0 einen ersten Vorladewiderstand 15 in einer Gruppe 4 zuzuschalten und einen Spannungsgradienten an der Kapazität 8 mittels einer Sensoreinheit zu berechnen. Hierzu kann das jeweilige Batteriesteuergerät 12 eine Schnittstelle für eine Sensoreinheit zur Messung einer Klemmenspannung der Kapazität 8 aufweisen. Das jeweilige Batteriesteuergerät 12 kann dazu ausgebildet sein, mittels der Sensoreinheit zumindest zwei Spannungsmesswerte an der Kapazität 8 zu messen, wobei das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet ist, mittels der zumindest zwei Spannungsmesswerte einen Spannungsgradienten zu berechnen. Der Spannungsgradient kann anzeigen, ob die Spannung der Kapazität 8 nach dem Schaltzeitpunkt t0 steigt oder fällt. Normalerweise soll die Spannung der Kapazität 8 nach dem Schaltzeitpunkt t0 steigen, was einen positiven Spannungsgradienten indiziert. Wenn dagegen der Spannungsgradient nach dem Schaltzeitpunkt t0 null oder negativ ist, kann dies einen Kurzschluss indizieren.
Das jeweilige Batteriesteuergerät 12 kann hierzu dazu ausgebildet sein, einen Vorladewiderstand 6 in einer Gruppe 4 über ein Zeitintervall von typischerweise 10 Millisekunden bis 30 Millisekunden zuzuschalten und den Spannungsgradienten an der Kapazität 8 aus einer Differenz von zumindest zwei Spannungsmesswerten der Sensoreinheit während dem Zeitintervall zu bestimmen.
Alternativ kann ein kürzeres Zeitintervall oder ein längeres Zeitintervall verwendet werden.
Das Zeitintervall kann eine Dauer aufweisen, welche ein bis drei Latenzzeiten eines Basiscomputerprogramms des Batteriesteuergeräts 12 oder ein bis drei Messzyklen der Sensoreinheit entspricht. Das jeweilige Batteriesteuergerät 12 kann zudem eine Prozessoreinheit für die Bestimmung des Spannungsgradienten aufweisen. Wenn der Spannungsgradient positiv ist, kann das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, nach Ablauf des Zeitintervalls und/oder der Pulsdauer tp ab dem Schaltzeitpunkt t0 zumindest einen zweiten Vorladewiderstand 16 in derselben und/oder einer anderen Gruppe 4 zuzuschalten. Beispielsweise können alle Batteriesteuergeräte 12 gleichzeitig einen Vorladewiderstand 6 zuschalten. Wenn die Batteriesteuergeräte 12 untereinander unkoordiniert sind, kann ein Batteriesteuergerät 12 zuerst zumindest einen Vorladewiderstand 6 in einer Gruppe 4 zuschalten, während die anderen Batteriesteuergeräte 12 statistisch zeitversetzt die Vorladewiderstände 6 der anderen Gruppen 4 später zuschalten. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 kann hierzu beispielsweise den Schaltzeitpunkt t0 zum Ansteuern der Schaltelemente 21 durch die Batteriesteuergeräte 12 auslösen, beispielsweise durch ein Einschalten einer virtuellen Zündung durch einen Benutzer. Hier können die Batteriesteuergeräte 12 in den jeweiligen Gruppen 4 die Vorladewiderstände 6 jeweils über eine Pulsdauer zuschalten, welche derart bemessen ist, dass ein über die Pulsdauer auf den Vorladewiderstand 6 einwirkender Kurzschlussstrom den Vorladewiderstand 6 nicht beschädigt. Hierdurch kann ein Strom und auch eine Wärmeentwicklung in den Vorladewiderständen 6 begrenzt werden. Zudem kann mittels des zeitversetzten Aufschaltens ein Kurzschluss von dem jeweiligen Batteriesteuergerät 12 schneller bestimmt werden. Zudem das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, zumindest einen Wert des Spannungsgradienten in einem flüchtigen Speicher für einen schnellen Abruf zu speichern.
Wenn der Spannungsgradient negativ oder null ist, kann das jeweilige Batteriesteuergerät 12 dazu ausgebildet sein, ein Auftreten eines Kurzschlusses zu bestimmen und zumindest ein entsprechendes Schaltelement 21 des Batteriepacks 5 für ein elektrisches Trennen des Batteriepacks 5 von der Schaltanordnung 24 und/oder vom Batterieanschluss 22 zu öffnen.
Figur 2 zeigt schematisch den Batteriestromkreis 1 , wobei nach einer ersten Ausführungsform jeweils zumindest ein Vorladewiderstand 6 aus zumindest zwei Gruppen 17 und 18 des Multipack- Batteriesystems 3 zugeschaltet werden. Zumindest zwei Gruppen 17 und 18 oder alle Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 werden ausgewählt und diese mittels eines Ansteuerns der jeweiligen Schaltelemente 21 elektrisch mit der Schaltanordnung 24, insbesondere mit dem Batterieanschluss 22, zum Schaltzeitpunkt t0 elektrisch verbunden. Dabei wird vor oder zum Schaltzeitpunkt t0 das jeweilige Schaltelement 21 aus der Schalteranordnung 14 derart angesteuert, dass in der jeweiligen Gruppe 17 und 18 ein erster Vorladewiderstand 15 zugeschaltet wird.
Nach dem Zuschalten ist der erste Vorladewiderstand 15 in der jeweiligen Gruppe 17 und 18 elektrisch zwischen dem Batteriepack 5 der jeweiligen Gruppe 4 und dem Batterieausgang 22 zur Strombegrenzung eines Ladestroms der Kapazität 8 geschaltet. Die zweiten Vorladewiderstände 16 in den Gruppen 417 und 18 welche innerhalb einer Gruppe 4 mit dem ersten Vorladewiderstand 15 elektrisch in Serie geschaltet sind, sind mittels einer Ansteuerung der jeweiligen Schaltelemente 21 der Schalteranordnung 14 elektrisch getrennt. Die jeweiligen ersten Vorladewiderstände 15 sind nach dem Zuschalten in der Schaltanordnung 24 bezüglich der Kapazität 8 elektrisch parallel geschaltet, wobei der Gesamtwiderstand Req aller zugeschalteten ersten Vorladewiderstände 15 kleiner ist als ein Widerstandswert des ersten Vorladewiderstands 15. Hierdurch kann eine Ladezeit der Kapazität 8 reduziert werden, wobei die elektrisch Energie, welche von des Multipack- Batteriesystems 3 über den Batterieanschluss 22 zur Kapazität 8 fließt, über die ersten Vorladewiderstände 15 verteilt und dort jeweils in Wärme umgewandelt wird. Hierdurch kann der erste Vorladewiderstand 15 geschont werden und das Multipack-Batteriesystem 3 kann insbesondere elektrische Verbraucher 7 mit unterschiedlich großen Kapazitäten 8, insbesondere mit Kapazitäten bis 10 mF, mit elektrischer Energie versorgen.
Der jeweilige Vorladewiderstand 15 und 16 kann einen Widerstandswert von 25 n aufweisen und das Multipack-Batteriesystem 3 kann ergänzend fünf Gruppen 4 mit jeweils zwei Vorladewiderständen 15 und 16 aufweisen. Die Batteriepacks 5 in den fünf Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 können dabei jeweils eine Klemmenspannung von 425 V aufweisen. So kann beispielsweise ein Multipack-Batteriesystem 3, welches dazu ausgebildet ist, einen Elektromotor 10 eines Personenkraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, ebenfalls ohne eine Änderung einer Konfiguration der Vorladewiderstände 6 einen Elektromotor 10 eines Nutzfahrzeugs, dessen Inverter 9 in der Regel eine größere Kapazität 8 als der Inverter 9 für einen Personenkraftwagen aufweist, mit elektrischer Energie versorgen. Ergänzend oder alternativ kann in den jeweiligen Gruppen 4 ein zweiter Vorladewiderstand 16 mittels eines Ansteuerns des jeweiligen Schaltelements 21 der Schalteranordnung 14 zugeschaltet werden, welcher innerhalb der jeweiligen Gruppe 4 mit dem ersten Vorladewiderstand 15 elektrisch in Serie geschaltet ist. Mittels des Zuschaltens des zweiten Vorladewiderstands 16 wird der Gesamtwiderstand, welcher aus der Parallelschaltung der ersten und zweiten Vorladewiderstände 15 und 16 gebildet ist, vergrößert. Hierdurch dann die elektrische Energie des Ladestroms zum Aufladen der Kapazität 8 über zusätzliche Vorladewiderstände 15 und 16 verteilt und gleichzeitig die Ladezeit vergrößert werden. Hierdurch kann eine Amplitude eines elektrischen Energiepulses, der auf die ersten und zweiten Vorladewiderstände 15 und 16 nach dem Schaltzeitpunkt t0 einwirkt, reduziert werden. Wenn das Multipack-Batteriesystem 3 beispielsweise insgesamt fünf Gruppen 4 mit jeweils zwei Vorladewiderständen 15 und 16 umfasst, kann die auf jeden Vorladewiderstand 15 abfallende elektrische Energie und die Ladezeit der Kapazität 8 um einen Faktor von 5 im Vergleich zu einer äquivalenten Ladezeit mit einem einzelnen Vorladewiderstand 6 reduziert werden, wenn in jeder Gruppe 4 jeweils der erste Vorladewiderstand 15 zugeschaltet wird. Wenn dagegen in jeder Gruppe 4 der erste Vorladewiderstand 15 und der zweite Vorladewiderstand 16 zugeschaltet werden, kann die auf jeden Vorladewiderstand 6 abfallende elektrische Energie um einen Faktor von 10 reduziert und die Ladezeit von einem Fünftel der äquivalenten Ladezeit auf zwei Fünftel der äquivalenten Ladezeit gesteigert werden.
Wenn beispielsweise ein einzelner Vorladewiderstand 6 mit 7? = 25 n zur Strombegrenzung für das Aufladen einer Kapazität C = 10 mF verwendet wird, ergibt sich eine Ladezeit t « 5 T = 5 - R - C = 5 • 25 fl - 10 mF = 1250 ms. Wenn das Multipack-Batteriesystem 3 beispielsweise fünf Gruppen 4 umfasst, wobei aus jeder Gruppe 4 jeweils ein erster Vorladewiderstand 15 zugeschaltet wird, ergibt sich ein Gesamtwiderstand Req = -. Wenn die jeweilige Gruppe 4 insgesamt zwei Vorladewiderstände 15 und 16 umfasst, ergibt sich beim ergänzenden Zuschalten des zweiten 2 ‘R Vorladewiderstands 16 in der jeweiligen Gruppe 4 ein Gesamtwiderstand von Req = — .
Wenn das Multipack-Batteriesystem 3 also N Gruppen mit jeweils K Vorladewiderständen 6 umfasst, ergibt sich der Gesamtwiderstand Rpn = R • -.
Die Zeitkonstante T einer entsprechenden RC-Ersatzschaltung, welche den Gesamtwiderstand Req und Kapazität 8 umfasst, bestimmt sich aus T = ReqC. Beim Zuschalten eines einzelnen ersten Vorladewiderstands 15 ergibt sich die äquivalente Zeitkonstante der RC-Ersatzschaltung nach
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= RC, wobei R ein einzelner Vorladewiderstand 6 ist. Wenn jeweils der erste Vorladewiderstand 15 in N Gruppen zugeschaltet wird, bestimmt sich die Zeitkonstante der RC-Ersatzschaltung nach T' = Wenn dagegen K Vorladewiderstände 6 in allen N Gruppen zugeschaltet werden, bestimmt sich die Zeitkonstante der RC-Ersatzschaltung nach T" Wenn also beispielsweise in jeder Gruppe 4 der zweite Vorladewiderstand 16 ergänzend zugeschaltet wird, also K = 2, verdoppelt sich somit die Ladezeit der Kapazität 8.
Figur 3 zeigt schematisch einen Zeitverlauf der an den Vorladewiderstand 6 abgegebenen elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Anzahl der zugeschalteten Vorladewiderstände 6 aus den jeweiligen Gruppen 4 ab dem Schaltzeitpunkt t0. Die Kurve PR1 zeigt den Verlauf der an den jeweiligen Vorladewiderstand 6 abgegebenen elektrischen Leistung über die Ladezeit der Kapazität 8 mit einer Annäherung t « 5TT bezüglich der äquivalenten Zeitkonstanten, wenn ein einzelner Vorladewiderstand 6 zur Strombegrenzung ausgewählt wird. Die elektrische Leistung PR1 wird dabei in dem Vorladewiderstand 6 in Wärme umgewandelt. Wenn in jeder von beispielsweise fünf Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 jeweils der erste Vorladewiderstand 15 zugeschaltet wird, fällt pro Vorladewiderstand die elektrische Leistung PR2 ab, wobei PR2 ein Fünftel von PR1 beträgt, also PR2 = Dabei verkürzt sich auch die Ladezeit von PR2 von 5TT auf TJ bezüglich der äquivalenten Ladezeit. Der Betrag der pro Vorladewiderstand 6 abgegebenen elektrischen Leistung, welche im Vorladewiderstand 6 in Wärme umgewandelt wird, wird somit kleiner, aber dafür in kürzerer Zeit an den ersten Vorladewiderstand 15 abgegeben. Dies kann daher eine Amplitude eines auf die Vorladewiderstände 6 wirkenden Leistungspulses eingeschränkt reduzieren.
Wenn in jeder der fünf Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 dagegen der erste Vorladewiderstand 15 und der zweite Vorladewiderstand 16 zugeschaltet werden, wird in jedem Vorladewiderstand 15 und 16 die elektrische Leistung der Kurve PR3 in Wärme umgewandelt, wobei aufgrund der zwei Vorladewiderstände 15 und 16 in jeder Gruppe 4 PR3 die Hälfte von ER2 beträgt, also PR3 = Die Ladezeit beträgt dabei im Vergleich zuPR1 und PR2 insgesamt 2 , bezüglich der äquivalenten Zeitkonstante nach der RC-Ersatzschaltung. Hierdurch wird die in Wärme umgewandelte elektrische Leistung zusätzlich reduziert und dabei die Ladedauer im Vergleich zu PR2 vergrößert, was ein Amplitude des auf die Vorladewiderstände 6 wirkenden Leistungspulses des Ladestroms zusätzlich reduziert.
Alternativ können die jeweiligen Vorladewiderstände 6 anstelle von gleichzeitig jeweils einzeln zeitversetzt zugeschaltet werden. So kann beispielsweise ein Batteriesteuergerät 12 mittels eines Softwareupdates nachgerüstet werden. Hierzu zeigt Figur 4 schematisch einen Zeitverlauf der Klemmenspannung UK der Kapazität 8, wenn diese nach dem Schaltzeitpunkt t0 von den Batteriepacks 5 der jeweiligen Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 über den Batterieanschluss 22 über eine Aufschaltzeit ton aufgeladen wird. Über die Aufschaltzeit ton wird die Kapazität 8 zumindest teilweise, beispielsweise zu zumindest 95 %, geladen. Zuerst wird eine erste Gruppe 17 ausgewählt und elektrisch mit der Kapazität 8 über den Batterieausgang 22 mittels der Schaltanordnung 24 und den jeweiligen Schaltelementen 21 elektrisch verbunden. Die erste Gruppe 4 kann die Kapazität 8 über eine Pulsdauer tp bis zu einer ersten Spannung UG1 laden. Optional kann die erste Gruppe 17 nach Ablauf der Pulsdauer tp elektrisch von dem Batterieanschluss 22 getrennt werden.
Im Anschluss lädt eine zweite Gruppe 18 über die Pulsdauer tp die Kapazität 8 bis zum Erreichen einer zweiten Spannung UC2. Optional kann die zweite Gruppe 18 nach Ablauf der Pulsdauer tp elektrisch von dem Batterieanschluss 22 getrennt werden. Im Anschluss an die zweite Gruppe 18 lädt eine dritte Gruppe 4 die Kapazität 8 bis zum Erreichen einer dritten Spannung UC3. Das beschriebene Verfahren wird solange durchgeführt, bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist und/oder alle Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 zumindest einmal die Kapazität 8 teilweise geladen haben.
Insbesondere beträgt die Aufschaltzeit ton das Dreifache der äquivalenten Zeitkonstanten einer RC- Ersatzschaltung, welche aus einem Vorladewiderstand 6 und der Kapazität 8 gebildet ist, also ton > 3^. Die Aufschaltzeit ton gibt die Zeit an, zu welcher die Kapazität 8 zu zumindest 95 % geladen ist.
Während des Ladens der Kapazität 8 durch jeweils eine Gruppe 4 des Multipack-Batteriesystems 3, kann durch zumindest einen Vorladewiderstand 6 der Ladestrom über die Pulsdauer tp begrenzt werden. Dabei kann die Pulsdauer tp einen Zeitwert aufweisen, überweichen ein Kurzschlussstrom des Multipack-Batteriesystems 3, insbesondere des Batteriepacks 5, über den Vorladewiderstand 6 fließen kann, ohne einen Schaden zu verursachen. Beispielsweise kann die Pulsdauer 125 ms betragen.
Die elektrische Leistung PR , welche während der Aufschaltzeit ton an den einzelnen Vorladewiderstand 6 der jeweiligen Gruppe 4 abgegeben wird, ist in Figur 4 rechts schematisch dargestellt. Dabei wird an den Vorladewiderstand 6 der ersten Gruppe 17 die elektrische Leistung PR1, an den zweiten Vorladewiderstand 6 der zweiten Gruppe 18 die elektrische Leistung PR2 abgegeben. Mit jedem weiteren nacheinander zugeschalteten Vorladewiderstand PR3 > PR4 und PR5 nimmt die an den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 abgegebene elektrische Leistung ab. An den zuerst zugeschalteten Vorladewiderstand 15 wird dabei die meiste elektrische Leistung PR1 abgegeben.
Beispielsweise können zur Schonung des ersten Vorladewiderstands 15 einer Gruppe 4, welcher die Leistung PR1 und damit die meiste Leistung aufnehmen muss, die Vorladewiderstände 15 und 16 innerhalb der Gruppe 4 und/oder die Gruppen 4, 17 und 18 permutiert werden.
Ergänzend oder alternativ kann die Pulsdauer tp unterschiedlich lang sein. Beispielsweise kann der zuerst zugeschaltete Vorladewiderstand 15 die kürzeste Pulsdauer für die Aufnahme von PR1aufweisen, wobei die Pulsdauer tp mit jedem folgenden Vorladewiderstand 15 und/oder 16 zunimmt. Durch die besagte Auslegung der Pulsdauer tp kann eine Beschädigung des zuerst zugeschalteten Vorladewiderstands 6 durch die elektrische Leistung PR1 vermieden und die elektrische Leistung zeitlich gleichmäßiger über die jeweiligen Vorladewiderstände 6 verteilt werden.
Die Summe der jeweiligen Pulsdauern tp der Vorladewiderstände 15 und 16 beträgt dabei zumindest die Aufschaltzeit ton. Wenn die Summe der Pulsdauern tp die Aufschaltzeit ton unterschreitet, kann das Verfahren abgebrochen werden. Alternativ können nach Ablauf der Aufschaltzeit ton alle Gruppen 4 gleichzeitig aufgeschaltet werden und ergänzend die Vorladewiderstände 6 mittels der Schalteranordnung 14 überbrückt werden.
Alternativ können zumindest zwei Vorladewiderstände 15 und 16, insbesondere alle Vorladewiderstände 6, für die Pulsdauer tp zugeschaltet und dann optional für die Pausenzeit tB ausgeschaltet werden. Das Ausschalten kann dabei ein Überbrücken oder ein elektrisches Trennen der Vorladewiderstände 6, 15 und 16 sein, so dass kein Strom über diese fließt. Die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 können dabei derselben Gruppe 4 oder unterschiedlichen Gruppen 4 angehören. Die zumindest zwei Vorladewiderstände 15 und 16 oder alle Vorladewiderstände 6 können solange während der Pulsdauer tp zugeschaltet und der während der Pausenzeit tB ausgeschaltet werden, bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist. Dabei kann die Aufschaltzeit ton ein Zeitwert sein, an welchem die Kapazität 8 einen Mindestladezustand erreicht hat, bei welchem ein Kurzschlussstrom zum restlichen Aufladen der Kapazität 8 zwischen zumindest einem Batteriepack 5 oder einer Gruppe 4 des jeweiligen Vorladewiderstands 15 und 16, insbesondere aller Batteriepacks 5 oder aller Gruppen 4, keine Beschädigung verursacht. Die Pulsdauer tp kann derart bemessen sein, dass ein Kurzschlussstrom des Batteriepacks 5 und/oder der Gruppe 4 den jeweiligen Vorladewiderstand 6, 15 und 16 nicht beschädigt. Die Pausenzeit tB kann beispielsweise zumindest die Pulsdauer tp betragen. Die zumindest zwei Vorladewiderstände 15 und 16 oder alle Vorladewiderstände 6 können dabei zumindest solange gepulst zugeschaltet werden, bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen und/oder der Mindestladezustand der Kapazität 8 erreicht ist. Nach Ablauf der Aufschaltzeit ton können die Vorladewiderstände 5, 15 und 16 überbrückt werden, so dass ein Kurzschlussstrom des Batteriepacks 5 und/oder der Gruppe 4 des jeweiligen Vorladewiderstands 15 und 16, insbesondere ein Kurzschlussstrom aller Batteriepacks 5 und/oder aller Gruppen 4, die Kapazität 8 vollständig auflädt, welcher klein genug ist, dass keine Beschädigungen auftreten. Dies entspricht dem Kurvenverlauf aus Fig. 4 rechts für alle Vorladewiderstände 6, 15 und 16 gleichzeitig anstelle von einzelnen Vorladewiderständen 6, 15 und 16 in einer Kaskade.
Ergänzend kann während der Pausenzeit tB eine Messung des Ladezustands der Kapazität 8 durchgeführt werden, beispielsweise mittels Messen einer Klemmenspannung des Verbrauchers 7 und/oder der Kapazität 8 und/oder des Inverters 9. Wenn die Klemmenspannung eine Zuschaltspannung erreicht, können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 abgeschaltet werden.
Ergänzend können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 zum Aufladen der Kapazität 8 vor Ablauf der Aufschaltzeit ton überbrückt werden, wenn die gemessene Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht. Ist dagegen die Zuschaltspannung noch nicht erreicht, können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 wieder über die Pulsdauer tp erneut eingeschaltet und über die Pausenzeit tB erneut ausgeschaltet werden bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist und/oder der Mindestladezustand der Kapazität 8 erreicht ist und/oder die Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht.
Wird die Messung des Ladezustands der Kapazität 8 immer in den Pausenzeiten tB durchgeführt, so sind alle Vorladewiderstände 6, 15 und 16 immer ausgeschaltet, wenn festgelegt wird, dass die Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht hat. Das Zuschalten aller Gruppen mittels der Schaltelemente 21 findet dann daher immer nur statt, wenn die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 ausgeschaltet sind.
Beispielsweise kann der Mindestladezustand bei einer relativ großen Kapazität 8, welche beispielsweise in einem Inverter 9 für ein Nutzfahrzeug verwendet werden kann, größer sein als bei einer relativ kleinen Kapazität 8, welche beispielsweise in einem Personenkraftwagen verwendet werden kann. Der Mindestladezustand kann beispielsweise 50 - 95 Prozent betragen.
Insbesondere kann der Mindestladezustand bei einer relativ großen Kapazität 8 mindestens 80 Prozent und/oder bei einer relativ kleinen Kapazität 8 mindestens 50 Prozent betragen.
Hierzu können zumindest zwei Vorladewiderstände 6, 15 und 16 in einer Serienschaltung oder in einer Parallelschaltung oder in einer Kombination davon dazugeschaltet werden.
Hierzu zeigt Figur 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs der ersten Ausführungsform für ein Batteriesteuergerät 12. In einem ersten Schritt S1 wird eine Gruppe 4 des Multipack-Batteriesystems 3 ausgewählt, wobei die Gruppe 4 seit dem Schaltzeitpunkt t0 elektrisch getrennt ist. Die Auswahl kann beispielsweise mittels des Kraftfahrzeugsteuergeräts 11 oder durch einen Zufall erfolgen. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 kann beispielsweise ein Signal zum Einschalten an das jeweilige Batteriesteuergerät 12 zum Schaltzeitpunkt t0 senden. In einem zweiten Schritt S2 wird die Gruppe 4 mittels eines Ansteuerns der Schaltelemente 21 zum Schaltzeitpunkt t0 elektrisch mit der Schaltanordnung 24 und dem Batterieanschluss 22 über die Pulsdauer tp verbunden.
Alternativ können zum Schaltzeitpunkt t0 zumindest zwei Gruppen 4 gleichzeitig mit jeweils zumindest einem Vorladewiderstand 15 und 16 über die Schaltanordnung 24 elektrisch mit dem Batterieanschluss 22 über die Pulsdauer tp verbunden werden. Insbesondere können zum Schaltzeitpunkt t0 alle Gruppen 4 zusammen gleichzeitig mit dem Batterieanschluss 22 über die Schaltanordnung 24 über die Pulsdauer tp elektrisch verbunden werden.
Ergänzend kann im Schritt S2 eine Kurzschlusserkennung durchgeführt werden. Hierzu können während des Zeitintervalls zumindest zwei Spannungsmessungen, insbesondere drei Spannungsmessungen, der Klemmenspannung der Kapazität 8 durchgeführt und aus den Spannungsmesswerten ein Spannungsgradient, insbesondere zumindest zwei Spannungsgradienten, gebildet werden. Wenn der Spannungsgradient oder die Spannungsgradienten überwiegend negativ oder null sind, kann bestimmt werden, dass ein Kurzschluss vorliegt. Das Multipack-Batteriesystem 3 und/oder die Gruppen 4 kann dann elektrisch getrennt werden und ergänzend eine Warnmeldung ausgegeben werden.
Optional kann in einem dritten Schritt S3 die Gruppe 4 nach Ablauf der Pulsdauer tp elektrisch von der Schaltanordnung 24, insbesondere von dem Batterieanschluss 22, getrennt werden. Alternativ können im dritten Schritt S3 alle Vorladewiderstände 15 und 16 elektrisch von der Schaltanordnung 24, insbesondere von dem Batterieanschluss 22 über eine Pausenzeit tB elektrisch getrennt werden.
Ergänzend kann nach Ablauf der Pulsdauer tp oder während der Pausenzeit tB eine Messung des Ladezustands der Kapazität 8 durchgeführt werden, beispielsweise mittels Messen einer Klemmenspannung des Verbrauchers 7 und/oder der Kapazität 8 und/oder des Inverters 9. Wenn die Klemmenspannung eine Zuschaltspannung erreicht, können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 zum Aufladen der Kapazität 8 überbrückt werden.
In einem vierten Schritt S4 wird bestimmt, ob die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist. Wenn die Aufschaltzeit ton, insbesondere zumindest das Dreifache der Zeitkonstanten der RC- Ersatzschaltung umfassend einen einzelnen Vorladewiderstand 6 und die Kapazität 8 abgelaufen ist oder ein Ladeschwellenwert der Kapazität 8 überschritten ist, wird das Verfahren im Schritt S5 beendet. Beispielsweise können im Schritt S5 alle Gruppen 4 zusammen mit dem Batterieanschluss 22 über die Schaltanordnung 24elektrisch verbunden werden, wobei ergänzend alle Vorladewiderstände 6 überbrückt werden.
Ergänzend können die Vorladewiderstände 15 und 16 zum Aufladen der Kapazität 8 vor Ablauf der Aufschaltzeit ton überbrückt werden, wenn die gemessene Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht.
Wenn im Schritt S4 die Aufschaltzeit ton nicht abgelaufen ist, wird in einem sechsten Schritt S6 bestimmt, ob seit dem Schaltzeitpunkt t0 noch zumindest eine elektrisch getrennte Gruppe 4 in des Multipack-Batteriesystems 3 vorhanden ist. Wenn noch zumindest eine elektrisch getrennte Gruppe 4 in des Multipack-Batteriesystems 4 vorhanden ist, wird das Verfahren ab dem Schritt S1 erneut durchgeführt. Der Schritt S7 wird dabei ausgelassen.
Wenn keine elektrisch getrennte Gruppe 4 mehr in des Multipack-Batteriesystems 3 vorhanden ist, die Anzahl der elektrisch getrennten Gruppen 4 also Null beträgt, kann im Schritt S7 bestimmt werden, ob seit dem letzten Aufschalten der ersten Gruppe 4 zumindest eine Pausenzeit vergangen ist. Wenn die Pausenzeit noch nicht abgelaufen ist, wird solange gewartet, bis die Pausenzeit abgelaufen ist, wobei während der Pausenzeit alle Gruppen 4 von der Schaltanordnung 24, insbesondere dem Batterieanschluss 22, elektrisch getrennt sind. Dann kann das Verfahren ab dem Schritt S1 beginnend mit der ersten Gruppe 4 erneut durchgeführt werden. Ist beispielsweise die Zuschaltspannung noch nicht erreicht, können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 wieder über die Pulsdauer tp erneut eingeschaltet und über die Pausenzeit tB erneut ausgeschaltet werden bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist und/oder der Mindestladezustand der Kapazität 8 erreicht ist und/oder die Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht.
Alternativ kann das Verfahren im Schritt S8 abgebrochen werden, wenn die Anzahl der unbenutzten Gruppen 4 in des Multipack-Batteriesystems 3 Null ist.
Figur 6 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform umfassend ein Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen 15 und 16 in einer Gruppe 4 des Multipack-Batteriesystems 3. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform werden gemäß der zweiten Ausführungsform beispielsweise zumindest zwei Vorladewiderstände 15 und 16 innerhalb einer ersten Gruppe 17 zugeschaltet, wobei die restlichen Gruppen 4 und 18 des Multipack-Batteriesystems 3 von der Schaltanordnung 24, insbesondere von dem Batterieanschluss 22, elektrisch getrennt sind. Vor oder zum Schaltzeitpunkt t0 werden der erste Vorladewiderstand 15 und der zweite Vorladewiderstand 16 in der ersten Gruppe 17 zugeschaltet.
Nach dem Zuschalten sind der erste Vorladewiderstand 15 und der zweite Vorladewiderstand 16 zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten Batteriepack 19 und 20 und dem elektrischen Verbraucher 7 in Serie geschaltet. Die erste Gruppe 17 kann zum Schaltzeitpunkt t0 mittels der Schaltelemente 21 mit der Schaltanordnung 24 elektrisch verbunden werden, sodass der elektrische Verbraucher 7 über den Batterieanschluss 22 von dem ersten und zweiten Batteriepack 19 und 20 mit elektrischer Energie versorgt wird. Zum Schaltzeitpunkt t0 kann eine elektrische Kapazität 8 des elektrischen Verbrauchers 7, wie beispielsweise eine Kapazität 8 eines Inverters 9 eines Elektromotors 10, von dem Strom des ersten und zweiten Batteriepacks 19 und 20 geladen werden, wobei der Strom während der Ladezeit der Kapazität 8 einen hohen Stromwert, insbesondere im Bereich eines Kurzschlussstroms, erreichen kann. Dieser Strom soll in der ersten Gruppe 17 durch den ersten und zweiten Vorladewiderstand 15 und 16 begrenzt werden. Beispielsweise kann nach der zweiten Ausführungsform ein Multipack-Batteriesystem 3 umfassend fünf Gruppen 4 mit jeweils zwei Batteriepacks 5 mit einer Klemmenspannung von jeweils 425 V und mit zwei Vorladewiderständen eine Kapazität 8 bis zu 5 mF ohne eine Beschädigung der Komponenten laden.
Der erste und zumindest ein zweiter Vorladewiderstand 15 und 16 können gleichzeitig oder zeitversetzt zugeschaltet werden. Durch das zeitversetzte Zuschalten des ersten und zweiten Vorladewiderstands 15 und 16 kann das besagte Verfahren zur Strombegrenzung in Multipack- Batteriesystemen 3, als eine Retrofit-Anwendung nachgerüstet werden, wobei diese dazu ausgelegt sind, jeweils nur einen Vorladewiderstand 6 zur Strombegrenzung zuzuschalten. Durch das zeitversetzte Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen 15 und 16 in einer Gruppe 17 kann die elektrische Energie des Ladestroms der Kapazität 8 auf diese Vorladewiderstände 15 und 16 verteilt werden.
Beispielsweise kann zum Schaltzeitpunkt t0 der erste Vorladewiderstand 15 über eine erste Pulsdauer tp, wie beispielsweise 20 bis 30 Millisekunden oder alternativ 125 Millisekunden, zugeschaltet werden. Nach Ablauf der Pulsdauer tp wird der zweite Vorladewiderstand 16 über eine zweite Pulsdauer tp zugeschaltet. Dabei können die erste und zweite Pulsdauer tp gleich lang oder unterschiedlich lang sein.
Alternativ können alle Vorladewiderstände 15 und 16 ab dem Schaltzeitpunkt t0 über die Pulsdauer tp gleichzeitig zugeschaltet werden. Ergänzend können alle Vorladewiderstände 15 und 16 gemeinsam über unterschiedliche Pulsdauern tp, insbesondere über die erste und zweite Pulsdauer tp, zugeschaltet werden.
Ergänzend kann nach Ablauf der zweiten Pulsdauer tp und wenn die Aufschaltzeit ton noch nicht abgelaufen ist, die erste Gruppe 17 über eine Pausenzeit tB von der Schaltanordnung 24, insbesondere von dem Batterieanschluss 22, elektrisch getrennt werden. Nach Ablauf der Pausenzeit tB können wiederum der erste Vorladewiderstand 15 über die erste Pulsdauer tp und dann der zweite Vorladewiderstand 16 über die zweite Pulsdauer tp zugeschaltet werden. Dies kann solange wiederholt werden, bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist. Alternativ können nach Ablauf der Aufschaltzeit ton alle Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 mit der Schaltanordnung 24, insbesondere mit dem Batterieanschluss 22, elektrisch verbunden werden und ergänzend die Vorladwiderstände 15 und 16 überbrückt werden. Alternativ kann das Verfahren abgebrochen werden.
Ergänzend kann während der Pulsdauer tp oder während der Pausenzeit tB eine Messung des Ladezustands der Kapazität 8 durchgeführt werden, beispielsweise mittels Messen einer Klemmenspannung des Verbrauchers 7 und/oder der Kapazität 8 und/oder des Inverters 9. Wenn die Klemmenspannung eine Zuschaltspannung erreicht, können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 zum Aufladen der Kapazität 8 überbrückt werden. Ergänzend können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 zum Aufladen der Kapazität 8 vor Ablauf der Aufschaltzeit ton überbrückt werden, wenn die gemessene Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht.
Ergänzend kann während der Aufschaltzeit ton über die Pulsdauer tp des ersten Vorladewiderstands 15, optional über ein Zeitintervall, ein Kurzschluss bestimmt werden. Hierzu kann zum Schaltzeitpunkt t0 der erste Vorladewiderstand 15 in der ersten Gruppe 17 über die erste Pulsdauer tp zugeschaltet werden, wobei während der erste Pulsdauer tp während dem Zeitintervall eine Spannungsmessung einer Klemmenspannung der Kapazität 8 durchgeführt wird. Das Zeitintervall kann dabei kleiner oder gleich der Pulsdauer tp, insbesondere der Pulsdauer tp des ersten Vorladewiderstands 15, sein. Beispielsweise kann die Pulsdauer 125 ms betragen und das Zeitintervall 10 bis 30 ms. Dabei ist ein Messzyklus einer Sensoreinheit des Batteriesteuergeräts 12 derart bestimmt, dass während des Zeitintervalls zumindest zwei Spannungsmessungen durchgeführt werden. Der Spannungsgradient kann aus zumindest zwei Spannungsmesswerten berechnet werden. Der Spannungsgradient kann anzeigen, ob die Spannung der Kapazität 8 nach dem Schaltzeitpunkt t0 steigt oder fällt. Normalerweise soll die Spannung der Kapazität 8 nach dem Schaltzeitpunkt t0 steigen, was durch einen positiven Spannungsgradienten während dem Zeitintervall indiziert wird. Wenn dagegen der Spannungsgradient während dem Zeitintervall null oder negativ ist, kann dies einen Kurzschluss des elektrischen Verbrauchers 7 indizieren.
Wenn während dem Zeitintervall der Spannungsgradient null oder negativ ist, kann ein Kurzschluss erkannt und alle Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 können von der Schaltanordnung 24, insbesondere von dem Batterieanschluss 22, elektrisch getrennt werden.
Das Zeitintervall kann einerseits ein bis drei Latenzzeiten eines Basiscomputerprogramms oder eines Treibers des Batteriesteuergeräts 12 oder andererseits ein bis drei Messzyklen der Sensoreinheit betragen. Der Messzyklus kann beispielsweise 10 bis 30 Millisekunden dauern. Hierdurch kann ein Strom und auch eine Wärmeentwicklung im ersten und zweiten Vorladewiderstand 15 und 16 begrenzt werden. Zudem kann mittels des zeitversetzten Aufschaltens ein Kurzschluss schneller bestimmt werden.
Alternativ können alle Vorladewiderstände 15 und 16 über die erste und zweite Pulsdauer tp jeweils gleichzeitig zugeschaltet werden. Ergänzend können die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 wieder über die Pulsdauer tp erneut eingeschaltet und über die Pausenzeit tB erneut ausgeschaltet werden bis die Aufschaltzeit ton abgelaufen ist und/oder der Mindestladezustand der Kapazität 8 erreicht ist und/oder die Klemmenspannung die Zuschaltspannung erreicht.
Figur 7 zeigt schematisch einen Verlauf der elektrischen Energie beim Aufladen der Kapazität 8 und der elektrischen Leistung, welche nach dem Schaltzeitpunkt t0 an den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 abgegeben wird.
Oben ist schematisch eine Ladekurve der Kapazität 8 dargestellt, welche den Zeitverlauf der elektrischer Energie Ec, mit welcher die Kapazität 8 aufgeladen wird, ab dem Schaltzeitpunkt t0 darstellt. Die Energiekurve ER1 zeigt den Verlauf der elektrischen Energie Ec für den Fall, dass nur ein Vorladewiderstand 15 zwischen den Batteriepacks 19 und 20 der Gruppe 17 und der Kapazität 8 elektrisch in Serie geschaltet ist. Die Kapazität 8 wird ab dem Schaltzeitpunkt t0 mit elektrischer Energie Ec aufgeladen, bis eine Zeit in Höhe des Fünffachen der äquivalenten Zeitkonstanten
Figure imgf000039_0001
der entsprechenden RC-Ersatzschaltung abgelaufen ist. Die Energiekurve ER2 zeigt dagegen den Verlauf der elektrischen Energie Ec für den Fall, dass zwei Vorladewiderstände 15 und 16 zwischen den ersten und zweiten Batteriepacks 19 und 20 der ersten Gruppe 17 und der Kapazität 8 elektrisch in Serie geschaltet sind. Hier wird die Kapazität 8 ab dem Schaltzeitpunkt t0 aufgeladen, bis die doppelte Zeit zum Laden der Kapazität 8 im Vergleich zur Schaltung mit einem Vorladewiderstand 15 abgelaufen ist. Durch das Zuschalten zumindest eines zweiten Vorladewiderstands 16 zum ersten Vorladewiderstand 15 verlängert sich somit die Ladezeit proportional zum Gesamtwiderstand der entsprechenden RC-Ersatzschaltung. Hierdurch kann eine Amplitude eines Leistungspulses von elektrischer Leistung PR, welche auf den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 wirkt, reduziert werden.
Unten ist der Verlauf der elektrischen Leistung PR dargestellt, welche auf den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 wirkt. Die Leistungskurve PR1 zeigt den Verlauf der auf den ersten Vorladewiderstand 15 wirkenden elektrischen Leistung PR1, welche zum Schaltzeitpunkt t0 ihre maximale Amplitude erreicht und als Leistungsimpuls über eine Zeitdauer von 5TT an den ersten Vorladewiderstand 15 abgegeben wird. Die Leistungskurve PR2 zeigt den Verlauf der auf den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 wirkenden elektrischen Leistung PR. Bei zwei Vorladewiderständen 15 und 16 ist die elektrische Leistung PR, die auf den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16, also den ersten 15 oder den zweiten Vorladewiderstand 16 wirkt, proportional zur Widerstandsgröße kleiner, beispielsweise halb so groß. Dagegen ist die Leistung PR2, die auf den jeweiligen Vorladewiderstand 15 und 16 wirkt, proportional zur Widerstandsgröße länger, beispielsweise doppelt so lang. Dies kann proportional zur Anzahl der zugeschalteten Vorladewiderstände sein. Hierdurch muss der jeweilige Vorladewiderstand 17 eine geringere maximale Leistungsamplitude aufnehmen, was eine Lebensdauer des ersten Vorladewiderstands
15 erhöhen kann.
Beispielsweise können die Kapazität 8 und jeweils ein Vorladewiderstand 15 den Wert C =
5 mF und R = 2511 aufweisen. Bei der Verwendung von nur einem Vorladewiderstand 15 kann sich somit die Zeitkonstante
Figure imgf000040_0001
= R • C = 2511 • 5mF = 125ms ergeben. Die Ladedauer der Kapazität 8 ist 5TT = 5 • 125ms = 625ms. Typischerweise kann ein Vorladewiderstand 15 eine elektrische Energie von ungefähr 870 J aufnehmen. Die elektrische Energie, die der Ladestrom zum Laden der Kapazität 8 an den einzelnen Vorladewiderstand 15 maximal abgeben kann bestimmt sich aus:
Figure imgf000040_0002
Dieser Energiebetrag ist wesentlich höher als die elektrische Energie, die der Vorladewiderstand 15 maximal aufnehmen kann. Hierdurch kann der Vorladewiderstand 15 beschädigt werden.
Wenn zwei Vorladewiderstände 15 und 16 mit jeweils einem Wert von R = 25 n mit einem Gesamtwiderstand Rges von 50 n verwendet werden, ergibt sich dagegen die Zeitkonstante T2 = ei zwei Vorladewiderständen 15 und 16 reduziert sich der Ladestrom sodass die elektrische Energie, welche an den einzelnen
Figure imgf000040_0003
Vorladewiderstand 15 und 16 maximal abgegeben werden kann, bestimmt wird aus:
Figure imgf000040_0004
Die an den einzelnen Vorladewiderstand 15 und 16 abgegebene Energie reduziert sich proportional zur Widerstandsgröße, beispielsweise um die Hälfte, wenn zwei Vorladewiderstände 15 und 16 zur Strombegrenzung verwendet werden. Die elektrische Energie ER1,ER2, welche der Ladestrom an die Vorladewiderstände 15 und 16 abgibt, wird auf die zugeschalteten Vorladewiderstände 15 und
16 verteilt. Somit können auch größere Kapazitäten 8, beispielsweise Kapazitäten 8 mit mindestens 5 mF, von des Multipack-Batteriesystems 3 geladen werden. Die Vorladewiderstände 6, 15 und 16 des Multipack-Batteriesystems 3 können dabei jeweils 25 n aufweisen. Beispielsweise werden größere Kapazitäten 8 in Invertern 9 für Elektromotoren 10 von Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise Busse oder Lastkraftwagen verwendet. Die Vorladewiderstände 15 und 16 müssen für den Einsatz bei den größeren Kapazitäten 8 somit nicht separat angepasst werden. Hierdurch kann eine Plattform für den Einsatz des Multipack-Batteriesystem 3 von der Verwendung für Personenkraftfahrzeuge auf die Verwendung in Nutzfahrzeugen ohne Hardwareanpassung erweitert werden.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs der zweiten Ausführungsform für ein Batteriesteuergerät 12.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Gruppe 4 aus den Gruppen 4 des Multipack-Batteriesystems 3 ausgewählt und mittels der Schaltelemente 21 elektrisch mit der Schaltanordnung 24 und/oder dem Batterieanschluss 22 verbunden. Die Auswahl der Gruppe 4 kann beispielsweise mittels des Kraftfahrzeugsteuergeräts 11 oder einem Zufall mit unkoordinierten Batteriesteuergeräten 12 erfolgen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeugsteuergerät 11 eine Gruppe 4 mit einer niedrigsten Klemmenspannung auswählen. Hierzu kann ein Datenaustausch zwischen dem Kraftfahrzeugsteuergerät 11 und dem jeweiligen Batteriesteuergerät 12 vorgesehen sein, wobei das jeweilige Batteriesteuergerät 12 ein entsprechendes Schaltsignal von dem Kraftfahrzeugsteuergerät 11 zum Schalten der Schaltelemente 21 empfangen kann. Die Gruppen 4 sind dabei vor dem Schaltzeitpunkt t0 von dem Batterieanschluss 22 elektrisch getrennt.
In einem zweiten Schritt S2 wird mittels der Schalteranordnung 14 ein erster Vorladewiderstand 15 der ausgewählten Gruppe 17 zugeschaltet. Hierzu kann das jeweilige Schaltelement 21 in der Schalteranordnung 14 des ersten Vorladewiderstands 15 über die Signalleitung 13 für ein entsprechendes Öffnen und/oder Schließen angesteuert werden. Insbesondere kann der erste Vorladewiderstand 15 zunächst über eine erste Pulsdauer tp, insbesondere über das Zeitintervall zur Kurzschlussbestimmung, zugeschaltet werden. Die Pulsdauer tp kann derart bestimmt sein, dass ein maximaler Strom elektrische Leistung über die Pulsdauer tp ohne eine Beschädigung an den Widerstand abgeben kann. Das Zeitintervall kann dagegen kleiner oder gleich der Pulsdauer sein. Beispielsweise können die Pulsdauer 125 Millisekunden und das Zeitintervall 10 bis 30 Millisekunden betragen. Insbesondere kann das Zeitintervall 1 bis 3 Messzyklen einer Sensoreinheit des Batteriesteuergeräts 12 und/oder ein bis drei Latenzzeiten des Basiscomputerprogrammes oder eines Treibers des Batteriesteuergeräts 12 betragen. Alternativ können im Schritt S2 der erste und zumindest ein zweiter Vorladewiderstand 15 und 16 innerhalb der Gruppe 17 zugeschaltet werden, optional ein zweiter Vorladewiderstand 16 innerhalb der Gruppe 17.
In einem dritten Schritt S3 wird mittels der Sensoranordnung eine elektrische Spannung nach dem Schaltzeitpunkt t0 gemessen und zumindest ein Spannungsgradient der Spannungsmesswerte während dem Zeitintervall bestimmt. Hierzu können während des Zeitintervalls beginnend ab dem Schaltzeitpunkt t0 zumindest zwei Spannungsmessungen, insbesondere drei Spannungsmessungen, der Klemmenspannung der Kapazität 8 durchgeführt und aus den Spannungsmesswerten ein Spannungsgradient, insbesondere zumindest zwei Spannungsgradienten, gebildet werden. Ergänzend können die Spannungsmesswerte in dem Zeitintervall von dem Batteriesteuergerät 12 in einem flüchtigen Speicher gespeichert werden.
In einem vierten Schritt S4 wird mittels des zumindest einen Spannungsgradienten ein Vorliegen eines Kurzschlusses bestimmt. Wenn der Spannungsgradient positiv ist, kann bestimmt werden, dass die Spannung an der Kapazität 8 seit dem Schaltzeitpunkt t0 steigt und somit kein Kurzschluss vorliegt. In einem fünften Schritt S5 kann zumindest ein zweiter Vorladewiderstand 16 zugeschaltet werden. Insbesondere wird im fünften Schritt S5 ein zweiter Vorladewiderstand 16 zugeschaltet.
Wenn dagegen der Spannungsgradient null oder negativ ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschluss vorliegt. Dazu kann alternativ ein sechster Schritt S6 ausgeführt werden, in welchem Schaltelemente 21 und/oder ein Batterietrennschalter geöffnet und ergänzend eine Warnmeldung ausgegeben werden.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Batteriestromkreis
2 Kraftfahrzeug
3 Multipack-Batteriesystem
4 Gruppe
5 Batteriepack
6 Vorladewiderstand
7 Verbraucher
8 Kapazität
9 Inverter
10 Elektromotor
11 Kraftfahrzeugsteuergerät
12 Batteriesteuergerät
13 Signalleitung
14 Schalteranordnung
15 erster Vorladewiderstand
16 zweiter Vorladewiderstand
17 erste Gruppe
18 zweite Gruppe
19 erstes Batteriepack
20 zweites Batteriepack
21 Schaltelement
22 Batterieanschluss
23 Gruppentrennschalter
24 Schaltanordnung
25 Batteriemodul t Schaltzeitpunkt t Zeit ton Aufschaltzeit t Pulsdauer tB Pausenzeit
Ec Energie in der Kapazität
PR1 Leistungsverlauf am ersten Widerstand PR2 Leistungsverlauf am zweiten Widerstand
PR3 Leistungsverlauf am dritten Widerstand
PR4 Leistungsverlauf am vierten Widerstand
PR5 Leistungsverlauf am fünften Widerstand
UK Klemmenspannung der Kapazität
UC1 Spannungsbeitrag erste Gruppe
UG2 Spannungsbeitrag zweite Gruppe
UG3 Spannungsbeitrag dritte Gruppe
UG4. Spannungsbeitrag vierte Gruppe jG5 Spannungsbeitrag fünfte Gruppe
PR Leistung am Widerstand
ER1 Energie pro Widerstand bei einem Widerstand
ER2 Energie pro Widerstand bei zwei Widerständen
TI>T2 Zeitkonstante 1 erster Schritt 2 zweiter Schritt 3 dritter Schritt 4 vierter Schritt 5 fünfter Schritt 6 sechster Schritt 7 siebter Schritt 8 achter Schritt

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Strombegrenzung für ein Multipack-Batteriesystem (3) für ein Kraftfahrzeug (2), wobei das Multipack-Batteriesystem (3) zumindest eine Gruppe (4, 17, 18) umfasst, welche zumindest ein Batteriepack (5, 19, 20) aufweist und welche mit einem Batterieanschluss (22) elektrisch verbunden ist, wobei die Gruppe (4, 17, 18) zumindest einen Vorladewiderstand (6, 15, 16), optional zumindest zwei elektrisch in Serie geschaltete Vorladewiderstände (6, 15, 16), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder zu einem Schaltzeitpunkt (to), an welchem der Batterieanschluss (22) mit einer elektrischen Kapazität (8) eines elektrischen Verbrauchers (7) elektrisch verbunden wird, zumindest zwei Vorladewiderstände (6, 15, 16) zugeschaltet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Gruppen (4, 17, 18), welche jeweils zumindest einen Vorladewiderstand (6, 15, 16) umfassen, ausgewählt und elektrisch mit dem Batterieanschluss (22) verbunden werden, wobei in den ausgewählten Gruppen (4, 17, 18) zumindest ein Vorladewiderstand (6, 15, 16) zugeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe (4, 17, 18), welche zumindest zwei Vorladewiderstände (6, 15, 16) umfasst, ausgewählt und elektrisch mit dem Batterieanschluss (22) verbunden wird, wobei in der ausgewählten Gruppe (4, 17, 18) die zumindest zwei Vorladewiderstände (6, 15, 16) zugeschaltet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Vorladewiderstände (6, 15, 16) gleichzeitig oder zeitversetzt jeweils einzeln zugeschaltet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Vorladewiderstand (6, 15, 16) einzeln über eine Pulsdauer (tP) zugeschaltet wird, wobei optional der Vorladewiderstand (6, 15, 16) nach Ablauf der Pulsdauer (tP) über eine Pausenzeit elektrisch von dem Batterieanschluss (22) getrennt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn in der ausgewählten Gruppe (4, 17, 18) nach Ablauf der Pulsdauer (tP) ein erster Vorladewiderstand (15) der ausgewählten Gruppe (4, 17, 18) elektrisch von dem Batterieanschluss (22) getrennt wird, ein zweiter Vorladewiderstand (16) der ausgewählten Gruppe (4, 17, 18) elektrisch mit dem Batterieanschluss (22) verbunden wird oder die ausgewählte Gruppe (4, 17, 18) elektrisch von dem Batterieanschluss (22) getrennt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorladewiderstände (6, 15, 16) ab dem Schaltzeitpunkt (to) solange zeitversetzt zugeschaltet werden, bis zumindest eine Aufschaltzeit (ton) abgelaufen ist, welche zumindest ein Dreifaches einer Zeitkonstanten einer RC-Ersatzschaltung beträgt, welche aus dem zumindest einen Vorladewiderstand (6, 15, 16) und der Kapazität (8) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der Aufschaltzeit (ton) alle Gruppen (4, 17, 18) des Multipack-Batteriesystems (3) elektrisch mit dem Batterieanschluss (22) verbunden und optional die Vorladewiderstände (6, 15, 16) elektrisch von dem Batterieanschluss (22) getrennt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum oder nach dem Schaltzeitpunkt (to) eine elektrische Spannung an der Kapazität (8) des elektrischen Verbrauchers (7) gemessen und aus zumindest zwei Spannungsmesswerten ein Spannungsgradient berechnet wird, wobei optional ein Kurzschluss erkannt wird, wenn der Spannungsgradient negativ oder null ist. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschluss erkannt wird, wenn der Spannungsgradient an der Kapazität (8) innerhalb der Pulsdauer (tP) und/oder innerhalb von in ein bis drei Messzyklen der Sensoreinheit negativ oder null ist, wobei optional der Messzyklus kürzer als die Pulsdauer (tP) ist und/oder 10 bis 30 Millisekunden dauert. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung der elektrischen Kapazität (8) des elektrischen Verbrauchers (7) gemessen wird und bestimmt wird, ob eine Zuschaltspannung erreicht ist, wobei bei Erreichen der Zuschaltspannung alle Gruppen (4, 17, 18) direkt, insbesondere ohne Zwischenschaltung der Vorladewiderstände (6, 15, 16), mit dem Batterieanschluss (22) elektrisch verbunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messung durchgeführt wird, während kein Vorladewiderstand (6, 15, 16) mit dem Batterieanschluss (22) elektrisch verbunden ist, insbesondere während einer Pausenzeit, in welcher alle Vorladewiderstände von dem Batterieanschluss (22) getrennt sind. 13. Batteriesteuergerät (12), insbesondere ein Batteriemanagementsystem, zur
Strombegrenzung für ein Multipack-Batteriesystem (3), welches eine Prozessoreinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, vor oder zu einem Schaltzeitpunkt (to), an welchem das Multipack-Batteriesystem (3) mit einem elektrischen Verbraucher (7) elektrisch verbunden wird, zumindest ein Schaltelement (21) zumindest einer Schalteranordnung (14) des Multipack-Batteriesystems des Multipack-Batteriesystems (3) zum Zuschalten von zumindest zwei Vorladewiderständen (6, 15, 16) anzusteuern.
14. Multipack-Batteriesystem (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (2), umfassend das Batteriesteuergerät (12) nach Anspruch 13.
15. Kraftfahrzeug (2) umfassend das Multipack-Batteriesystem (3) nach Anspruch 14 und/oder das Batteriesteuergerät (12) nach Anspruch 13.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023132937A1 (de) * 2023-11-27 2025-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung, Fortbewegungsmittel und Verfahren zum Schutz eines Bordnetzes und eines Schalters

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110111268A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Sam Weng Interlock Mechanism for a Multiple Battery Pack
DE102010062249A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung zur Verwendung in einem elektrischen Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb einer solchen
US20130175857A1 (en) * 2012-01-09 2013-07-11 Johnson Controls Technology Llc Pre-charging vehicle bus using parallel battery packs
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
US20170214254A1 (en) * 2008-07-01 2017-07-27 Hitachi Ltd. Battery System in Which Information Transmission Occurs via Insulating Circuits
CN105336994B (zh) 2014-07-17 2018-04-13 观致汽车有限公司 用于车辆电池组管理系统和方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011089946A1 (de) * 2011-12-27 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Schaltungsanordnung zum Vorladen eines Kondensators
US9925878B2 (en) * 2013-09-26 2018-03-27 Ford Global Technologies, Llc Bus pre-charge control using a buck converter
JP6699929B2 (ja) * 2016-03-28 2020-05-27 住友重機械工業株式会社 突入電流低減回路及び電力変換装置
DE102016005565B4 (de) * 2016-05-04 2025-06-12 Man Truck & Bus Se Schaltungsanordnung für eine Zwischenkreiskapazität, Kraftfahrzeug mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie Verfahren zum Vorladen einer Zwischenkreiskapazität und Verfahren zum Ausgleichen von Batterieladezuständen parallel geschalteter Batteriemodule

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170214254A1 (en) * 2008-07-01 2017-07-27 Hitachi Ltd. Battery System in Which Information Transmission Occurs via Insulating Circuits
US20110111268A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Sam Weng Interlock Mechanism for a Multiple Battery Pack
DE102010062249A1 (de) * 2010-12-01 2012-06-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung zur Verwendung in einem elektrischen Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb einer solchen
US20130175857A1 (en) * 2012-01-09 2013-07-11 Johnson Controls Technology Llc Pre-charging vehicle bus using parallel battery packs
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
CN105336994B (zh) 2014-07-17 2018-04-13 观致汽车有限公司 用于车辆电池组管理系统和方法

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