DE102011086495A1 - Energy storage system for vehicle, has structural unit having electrical terminals for connecting structural unit with energy store and on-board network - Google Patents

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Abstract

The energy storage system (10) has an electrical energy store (12) and a controllable switching device (50,52) for controllably connecting and disconnecting the energy store to and from an on-board network (positiveHV,negativeHV) of the vehicle. A structural unit (14) separately provided from energy store houses the controllable switching device together with a switching device which drives driving element. The structural unit has electrical terminals (30,32,38,40) for connecting structural unit with energy store and on-board network.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Energiespeicher und eine steuerbare Schalteinrichtung zum gesteuerten Verbinden und Trennen des Energiespeichers mit bzw. von einem Bordnetz des Fahrzeuges.The present invention relates to an energy storage system for a vehicle, comprising an electrical energy store and a controllable switching device for the controlled connection and disconnection of the energy store with or from a vehicle electrical system of the vehicle.

Derartige Energiespeichersysteme werden im Stand der Technik insbesondere als "Traktionsbatteriesysteme" für Fahrzeuge benötigt, die prinzipbedingt bzw. situationsabhängig durch elektrische Energie angetrieben werden. Darunter fallen insbesondere Elektro- und Hybridfahrzeuge für den Straßenverkehr.Such energy storage systems are needed in the prior art in particular as "traction battery systems" for vehicles that are driven by the principle or situation dependent powered by electrical energy. These include in particular electric and hybrid vehicles for road traffic.

Diesen Fahrzeugtypen ist gemein, dass relativ große Mengen an elektrischer Energie für das elektrische Antriebssystem bereitgestellt und somit aus dem Energiespeichersystem in ein elektrisches Bordnetz des Fahrzeuges transferiert werden müssen. Falls eine Energierückgewinnung ("Rekuperation") beim Bremsen vorgesehen ist, so ergeben sich vergleichbar große Anforderungen beim Energietransfer in umgekehrter Richtung, d. h. aus dem im generativen Betrieb arbeitenden Antriebssystem zurück in den Energiespeicher.This type of vehicle has in common that relatively large amounts of electrical energy for the electric drive system must be provided and thus transferred from the energy storage system in an electrical system of the vehicle. If an energy recovery ("recuperation") is provided during braking, so comparatively large requirements arise in the energy transfer in the opposite direction, d. H. from the drive system operating in generative operation back into the energy storage.

Zur Bewerkstelligung von betriebsmäßig hohen Transferleistungen (z. B. größer als 10 kW) mit geringen elektrischen Verlusten müssen die Energiespeichersysteme in der Regel mit lebensgefährlich hohen Betriebsspannungen von einigen 100 V (typisch z. B. etwa 400 V) betrieben werden, wobei selbst bei diesen hohen Betriebsspannungen betriebsmäßig ebenfalls beachtliche Stromstärken (z. B. mehr als 100 A) erreicht werden.In order to achieve operationally high transfer rates (eg greater than 10 kW) with low electrical losses, the energy storage systems generally have to be operated with life-threatening high operating voltages of a few 100 V (typically, for example, approximately 400 V) These high operating voltages can also be achieved in terms of operation considerable currents (eg more than 100 A).

Als Konsequenz für einen solchen Energiespeicher der hier interessierenden Art ergibt sich, dass dieser typischerweise aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Energiespeichereinheiten gebildet ist, wobei es sich bei diesen Energiespeichereinheiten insbesondere um elektrochemische Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Zellen) handeln kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Energiespeicher auch Speichereinheiten in Form von Kondensatoren (z. B. Doppelschichtkondensatoren oder ähnliches) enthalten. As a consequence of such an energy storage device of the type of interest here, it results that it is typically formed from a multiplicity of energy storage units connected electrically in series and / or in parallel, wherein these energy storage units are, in particular, electrochemical battery cells (eg lithium-ion batteries) Cells). Alternatively or additionally, the energy store may also contain memory units in the form of capacitors (eg double-layer capacitors or the like).

Aus Sicherheitsgründen, zur Sicherstellung einer einwandfreien Funktion, und zur Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichers wird bei bekannten Energiespeichersystemen meist eine entsprechende Überwachungs/Steuereinrichtung ("Batterie Management System","BMC") und auch die eingangs bereits erwähnte steuerbare Schalteinrichtung und eine die Schalteinrichtung ansteuernde Ansteuereinrichtung zusammen mit dem eigentlichen Energiespeicher (z. B. ein oder mehrere "Batteriezellenblöcke") in einem gemeinsamen Energiespeichersystemgehäuse verbaut. For safety reasons, to ensure proper functioning, and to extend the life of the energy storage is in known energy storage systems usually a corresponding monitoring / control device ("Battery Management System", "BMC") and also the initially mentioned controllable switching device and the switching device ansteuernde Drive device together with the actual energy storage (eg., One or more "battery cell blocks") installed in a common energy storage system housing.

Mit der steuerbaren Schalteinrichtung kann vorteilhaft eine Trennung des Energiespeichers vom Bordnetz des Fahrzeuges erfolgen, etwa wenn das Fahrzeug abgestellt ist und kein Energiebedarf für das elektrische Antriebssystem besteht. Darüber hinaus besitzt die Schalteinrichtung insofern eine sicherheitstechnische Bedeutung, als damit in verschiedensten Fehlerfällen eine Notabschaltung, d. h. zuverlässige Trennung des Energiespeichers vom betreffenden Bordnetz, erfolgen kann. With the controllable switching device can advantageously be carried out a separation of the energy storage from the electrical system of the vehicle, such as when the vehicle is turned off and there is no energy demand for the electric drive system. In addition, the switching device has a safety significance inasmuch as an emergency shutdown, d. H. Reliable separation of the energy storage of the relevant electrical system, can be done.

Zusammenfassend sind die bekannten Energiespeichersysteme der hier interessierenden Art relativ komplex aufgebaut und somit teuer. In summary, the known energy storage systems of interest here type are relatively complex and thus expensive.

Nachteiligerweise besitzen die bekannten Energiespeichersysteme keine universelle Einsetzbarkeit. Vielmehr wird für jeden Fahrzeugtyp bzw. jede Typvariante (z. B. hinsichtlich elektrischer Antriebsleistung) bislang ein speziell (individuell) an die jeweiligen Erfordernisse angepasstes Energiespeichersystem produziert.Disadvantageously, the known energy storage systems have no universal applicability. Rather, for each type of vehicle or each type variant (eg with regard to electrical drive power) so far a specially (individually) adapted to the respective requirements energy storage system is produced.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiespeichersystem der eingangs genannten Art hinsichtlich einer universelleren Verwendbarkeit zu verbessern, um somit insbesondere den Aufwand zur Bereitstellung von modifizierten Systemauslegungen (z. B. hinsichtlich Überwachungsfunktionalitäten, Energiespeicherkapazität, Betriebsspannung, Betriebsstrom, etc.) zu vereinfachen.It is an object of the present invention to improve an energy storage system of the type mentioned above with regard to a more universal usability, in order in particular to simplify the effort for providing modified system designs (eg with regard to monitoring functionalities, energy storage capacity, operating voltage, operating current, etc.) ,

Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem ist gekennzeichnet durch eine separat vom Energiespeicher vorgesehene Baueinheit, in welcher zumindest die steuerbare Schalteinrichtung mitsamt einer diese Schalteinrichtung ansteuernden Ansteuereinrichtung untergebracht ist, und welche mit elektrischen Anschlüssen zum Verbinden der Baueinheit einerseits mit dem Energiespeicher und andererseits mit dem Bordnetz versehen ist.The energy storage system according to the invention is characterized by a separately provided from the energy storage assembly, in which at least the controllable switching device is housed together with a control device driving this switching device, and which is provided with electrical connections for connecting the unit on the one hand to the energy storage and on the other hand to the electrical system.

Damit ergibt sich vorteilhaft ein modularer Aufbau, bei welchem zahlreiche Funktionen zur Sicherheit beim Betrieb des Energiespeichers, auch mit entsprechenden Reaktionen (z. B. Notabschaltung etc.) und den hierfür notwendigen Komponenten in einer separaten Baueinheit zusammengefasst werden können.This advantageously results in a modular design, in which numerous functions for safety during operation of the energy store can also be combined with corresponding reactions (eg emergency shutdown, etc.) and the components required for this purpose in a separate structural unit.

Im Hinblick auf die Auslagerung der im Stand der Technik zumeist durch zwei "Hauptschütze" gebildeten steuerbaren Schalteinrichtung aus dem üblichen Energiespeichersystemgehäuse heraus in eine vom Energiespeicher separate Baueinheit kann diese Baueinheit auch als "Elektromechanik-Box" bezeichnet werden.With regard to the outsourcing of in the prior art usually formed by two "main contactors" controllable switching device from the usual energy storage system housing out in a separate energy storage device assembly This unit may also be referred to as an "electromechanical box".

Der Aufbau des Gesamtsystems wird mit der Erfindung modular. Im Falle eines Defektes ist damit oftmals eine einfachere Reparatur ermöglicht. Beispielsweise kann im Falle eines Defekts lediglich im Bereich der Baueinheit eben diese Baueinheit ausgetauscht oder repariert werden. Es muss nicht wie bei den bisherigen Energiespeichersystemen ein möglicherweise schwer zugängliches Energiespeichersystemgehäuse ausgebaut bzw. geöffnet werden. The structure of the overall system is modular with the invention. In the case of a defect is thus often easier repair possible. For example, in the case of a defect just in the area of the unit just this unit can be replaced or repaired. It does not have to be expanded or opened as in the previous energy storage systems a possibly difficult to access energy storage system housing.

Ein analoger Vorteil ergibt sich bei der Konzeption von Ausführungsvarianten. Zu diesem Zweck können beispielsweise verschiedene Baueinheitsausführungen mit verschiedenen Energiespeicherausführungen kombiniert werden, was einen erheblichen logistischen Vorteil bei der Herstellung von Energiespeichersystemen bzw. den damit ausgestatteten Fahrzeugen bedeutet.An analogous advantage results in the design of variants. For this purpose, for example, different unit designs can be combined with different energy storage designs, which means a significant logistical advantage in the production of energy storage systems or the vehicles equipped with it.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ansteuereinrichtung als Teil einer größeren, in der Baueinheit untergebrachten Überwachungs/Steuereinrichtung ausgebildet ist, insbesondere einer Überwachungs/Steuereinrichtung, mittels welcher ferner eine Überwachung von bestimmten Betriebsparametern des Energiespeichersystems bewerkstelligt wird. Der Begriff "größeren" ist hierbei lediglich so zu verstehen, dass die Baueinheit nicht nur die steuerbare Schalteinrichtung (z. B. ein oder mehrere Schütze oder vergleichbare elektrisch ansteuerbare Schalter) mitsamt der diese Schalteinrichtung ansteuernden Ansteuereinrichtung enthält, sondern noch weitere Komponenten, mittels welchen Überwachungs- und/oder Steueraufgaben bewältigt werden.In one embodiment, it is provided that the control device is formed as part of a larger, housed in the assembly monitoring / control device, in particular a monitoring / control device, by means of which further monitoring of certain operating parameters of the energy storage system is accomplished. The term "larger" here is merely to be understood as meaning that the structural unit not only contains the controllable switching device (eg one or more contactors or comparable electrically activatable switches) together with the control device which activates this switching device, but also other components by means of which Monitoring and / or control tasks are handled.

Beispielsweise kann die in der separaten Baueinheit untergebrachte Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine "Überwachung auf Überstrom" durchzuführen. For example, the monitoring / control device accommodated in the separate structural unit can be designed to perform a "monitoring for overcurrent".

Damit ist insbesondere eine Abschaltung bzw. Nottrennung des Energiespeichers vom Bordnetz im Falle eines übermäßig großen Stromflusses realisierbar. Hierfür ist lediglich die Anordnung einer auf Überstrom reagierenden Stromsensorik in der Baueinheit erforderlich, wobei die erwähnte Abschaltung dann über die ohnehin in der Baueinheit befindliche Ansteuereinrichtung und die steuerbare Schalteinrichtung (z. B. Schütze) erfolgen kann.This is in particular a shutdown or emergency separation of the energy storage from the electrical system in the event of an excessively large current flow feasible. For this purpose, only the arrangement of an overcurrent current sensor in the assembly is required, the said shutdown can then be done via the already located in the unit control device and the controllable switching device (eg., Sagittarius).

Nebenbei bemerkt ist die steuerbare Schalteinrichtung bevorzugt für eine allpolige galvanische Abtrennung des Energiespeichers geeignet ausgebildet. Im Falle eines (üblicherweise) zweipoligen Energiespeichers erfordert dies zwei steuerbare Schaltelemente wie z. B. die zwei erwähnten Schütze.Incidentally, the controllable switching device is preferably designed to be suitable for all-pole galvanic separation of the energy store. In the case of a (usually) two-pole energy storage, this requires two controllable switching elements such. B. the two shooters mentioned.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn parallel zu wenigstens einem der Schaltelemente ein weiteres, so genanntes "Vorlade"-Schaltelement (z. B. Vorladeschütz) in der Baueinheit angeordnet ist, wobei die Besonderheit dieses Schalters darin besteht, dass diesem ein strombegrenzendes Element (z. B. elektrischer Widerstand) in Reihe geschaltet ist. Damit lässt sich bei einem Einschalten des Energiespeichers vorteilhaft der unmittelbar darauf hin fließende Strom begrenzen, der ansonsten aufgrund der üblichen Anordnung einer Zwischenkreiskapazität zwischen den Bordnetzpolen übermäßig groß würde.Moreover, it is preferable if, in parallel to at least one of the switching elements, another, so-called "pre-charge" switching element (eg precharging contactor) is arranged in the structural unit, the peculiarity of this switch being that it has a current-limiting element (FIG. eg electrical resistance) is connected in series. Thus, when the energy store is switched on, the current flowing directly thereafter can advantageously be limited, which would otherwise be excessively large due to the usual arrangement of a DC link capacitance between the vehicle electrical system poles.

Ferner kann die Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Isolationsüberwachung durchzuführen.Furthermore, the monitoring / control device can be designed to perform an insulation monitoring.

Eine hierfür geeignete Schaltungsanordnung kann beispielsweise elektrisch mit den durch die Baueinheit hindurch verlaufenden "Stromleitungen" und zusätzlich elektrisch mit einem "Massepotential" (z. B. Fahrzeugmasse) verbunden sein und somit den Fehlerfall einer unzureichenden elektrischen Isolation zwischen den Stromleitungen und der (betriebsmäßig galvanisch davon getrennten) elektrischen Masse detektieren. A circuit arrangement suitable for this purpose can, for example, be electrically connected to the "power lines" passing through the module and additionally electrically connected to a "ground potential" (eg vehicle ground) and thus the faulty case of insufficient electrical insulation between the power lines and the (electrically galvanic separate electrical mass).

Zweckmäßigerweise ist eine solche zur Isolationsüberwachung dienende Schaltungsanordnung wieder mit der ohnehin in der Baueinheit untergebrachten Ansteuereinrichtung verbunden, um bei Detektion einer unzureichenden elektrischen Isolation den Energiespeicher abzuschalten.Conveniently, such serving for insulation monitoring circuitry is again connected to the already accommodated in the unit drive means to switch off upon detection of insufficient electrical insulation, the energy storage.

Ferner kann die Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Selbstüberwachung durchzuführen.Furthermore, the monitoring / control device may be configured to perform a self-monitoring.

Der Begriff Selbstüberwachung soll hierbei jegliche Überwachung bezeichnen, die sich auf die Funktion der in der Baueinheit selbst verbauten Komponenten bezieht. Ein Beispiel hierfür ist die darin untergebrachte steuerbare Schalteinrichtung und damit insbesondere z. B. eine so genannte Schützklebererkennung.The term self-monitoring should hereby designate any monitoring that relates to the function of the components installed in the unit itself. An example of this is the housed therein controllable switching device and thus in particular z. B. a so-called Schützklebererkennung.

Ferner kann die Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Sicherheitsverriegelung durchzuführen.Furthermore, the monitoring / control device may be configured to perform a safety interlock.

Der Begriff Sicherheitsverriegelung (engl. "interlock device" oder "interlock loop") bezeichnet hierbei eine durch verschiedene Bereiche der Baueinheit verlaufende elektrische Leitungsanordnung, zumeist in Form einer elektrischen Schleife, in deren Verlauf an sicherheitskritischen Stellen in bestimmten Situationen zwingend betätigte Schalter eingefügt sind, und die mit einer elektronischen Auswerteinrichtung verbunden ist, so dass jeglicher kritische Betriebszustand von der Auswerteeinrichtung detektiert werden kann (anhand des damit verbundenen Schaltvorganges). The term "interlock device"("interlockdevice" or "interlock loop") designates an electrical line arrangement running through different regions of the structural unit, usually in the form of an electrical loop, in the course of which imperatively actuated switches are inserted at safety-critical points in certain situations. and which is connected to an electronic evaluation device, so that any critical operating state of the evaluation device can be detected (based on the associated switching process).

Wenn die bei der Erfindung vorgesehene Baueinheit beispielsweise mit Steckverbindern (z. B. Steckern und/oder Buchsen) ausgestattet ist, um die Verbindung der Baueinheit einerseits mit dem Energiespeicher und andererseits mit dem Bordnetz lösbar (steckbar) zu realisieren, so kann mit der Sicherheitsverriegelung insbesondere der Fall eines nicht angesteckten Gegensteckverbinders (Buchsen bzw. Stecker), oder ein etwaig unerwünschtes Lösen einer derartigen Steckverbindung, zuverlässig detektiert werden. If the assembly provided in the invention is equipped, for example, with connectors (eg plugs and / or sockets) in order to realize the connection of the assembly on the one hand with the energy storage and on the other hand with the electrical system detachably (pluggable), can with the safety lock In particular, the case of a non-plugged mating connector (sockets or plugs), or any unwanted loosening of such a connector, reliably detected.

Wenn die Baueinheit ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse aufweist, welches nur nach Lösen wenigstens eines Befestigungsmittels (z. B. Verschraubung) geöffnet werden kann, so kann die Sicherheitsverriegelung insbesondere auch auf das Lösen dieses Befestigungsmittels reagieren. If the structural unit has a substantially closed housing, which can only be opened after loosening at least one fastening means (eg screw connection), the safety lock can react in particular also to the release of this fastening means.

Wieder kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine entsprechende funktionale Verbindung zwischen der Sicherheitsverriegelung bzw. deren Auswerteeinrichtung mit der ohnehin in der Baueinheit angeordneten Ansteuereinrichtung für die Schalteinrichtung besteht. So kann eine Abschaltung des Energiespeichers im Falle eines Ansprechens der Sicherheitsverriegelung durchgeführt werden.Again, it can advantageously be provided that there is a corresponding functional connection between the safety interlock or its evaluation device with the control device for the switching device, which is arranged in any case in the structural unit. Thus, a shutdown of the energy storage in the event of a response of the safety lock can be performed.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Sicherheitsverriegelung neben der Sicherung der Baueinheit ("Elektromechanikbox") auch Elemente des Energiespeichers mit einbeziehen, wie z. B. Steckverbinder, Gehäusedeckel, Wartungstrenner etc. Hierfür muss die betreffende elektrische Leitungsanordnung (Leiterschleife) lediglich zusätzlich über die betreffenden Elemente des Energiespeichers geführt werden.According to a development, the safety lock in addition to securing the unit ("Elektromechanikbox") also include elements of the energy storage, such. As connectors, housing cover, maintenance disconnector, etc. For this, the relevant electrical line arrangement (conductor loop) must be performed only in addition to the relevant elements of the energy storage.

Ferner kann die Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Strommessung durchzuführen.Furthermore, the monitoring / control device can be designed to carry out a current measurement.

Im Unterschied zu der oben bereits erwähnten Überstromüberwachung ist damit gemeint, dass alternativ oder zusätzlich eine Ermittlung von im normalen Betrieb fließenden Betriebsströmen erfolgt. Eine solche Strommessung ist z. B. von Bedeutung, wenn es um eine Überwachung, Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung geht, die in den Energiespeicher hinein oder aus dem Energiespeicher heraus transferiert wird.In contrast to the above-mentioned overcurrent monitoring, this means that, alternatively or additionally, a determination of operating currents flowing in normal operation takes place. Such a current measurement is z. B. important when it comes to a monitoring, control or regulation of electrical power, which is transferred into the energy storage or out of the energy storage out.

Für eine genaue Messung des Betriebsstromes kann beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein Shunt-Widerstand verwendet werden, bevorzugt in Verbindung mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung, welche die gemessenen Daten z. B. in digitaler Form bereitstellen kann.For an accurate measurement of the operating current, for example, a Hall sensor or a shunt resistor can be used, preferably in conjunction with an electronic evaluation device, which calculates the measured data z. B. can provide in digital form.

Ferner kann die Überwachungs/Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Kommunikation mit wenigstens einer externen Einrichtung zu bewerkstelligen, insbesondere mit einer im Bereich des Energiespeichers untergebrachten, diesen überwachenden und/oder steuernden Überwachungs/Steuereinrichtung.Furthermore, the monitoring / control device can be configured to effect communication with at least one external device, in particular with a monitoring / control device which is accommodated in the region of the energy store, monitors it and / or controls it.

Eine solche Kommunikation kann mit analogen und/oder digitalen Signalen erfolgen, und zwar über entsprechende Signal- bzw. Datenleitungen oder einen elektronischen Kommunikationsbus (z. B. CAN-Bus oder ähnliches). Such communication can be carried out with analog and / or digital signals, via corresponding signal or data lines or an electronic communication bus (eg CAN bus or the like).

Bei der externen Einrichtung kann es sich um kommunikationsfähige Komponenten der Fahrzeugelektronik handeln. Falls der Energiespeicher mit einer diesen überwachenden und/oder steuernden Einrichtung versehen ist, so kann die Kommunikation insbesondere auch mit dieser Einrichtung erfolgen. The external device may be communication-capable components of the vehicle electronics. If the energy store is provided with a device which monitors and / or controls it, the communication can in particular also take place with this device.

Zur Realisierung der benötigten Kommunikationsverbindungen kann die Baueinheit insbesondere mit einem oder mehreren Steckverbindern (zusätzlich zu den bereits erwähnten Steckverbindern für den "Betriebsstrom" ausgestattet sein.In order to realize the required communication connections, the module can be equipped in particular with one or more connectors (in addition to the already mentioned connectors for the "operating current".

Außer den elektrischen Anschlüssen (z. B. Steckverbinder) zum Verbinden der Baueinheit mit dem Energiespeicher und mit dem Bordnetz, und gegebenenfalls vorgesehenen elektrischen Anschlüssen zum Verbinden der Baueinheit mit einer elektrischen Masse (und/oder elektrischen Versorgungsanschlüssen), und den elektrischen Anschlüssen für die erwähnte Kommunikationsfähigkeit können schließlich noch elektrische Anschlüsse an der Baueinheit vorgesehen sein, um die (üblicherweise zwei) "Stromleitungen" an eine weitere elektrische Einrichtung des Fahrzeuges, beispielsweise ein weiteres Bordnetz oder bevorzugt z. B. einen DC/DC-Wandler anschließen zu können. In diesem Fall können ausgehend von den elektrischen Anschlüssen im Inneren der Baueinheit Leitungen zu den betreffenden "Stromleitungen" führen. Insbesondere für die Anschlussmöglichkeit eines DC/DC-Wandlers können im Verlauf der letztgenannten Leitungen auch elektrische Sicherungen (Kurzschluss- bzw. Überstromschutz) angeordnet sein.In addition to the electrical connections (eg plug connectors) for connecting the unit to the energy store and to the electrical system, and possibly provided electrical connections for connecting the unit to an electrical ground (and / or electrical supply terminals), and the electrical connections for the mentioned communication capability may finally be provided electrical connections to the unit to the (usually two) "power lines" to another electrical device of the vehicle, such as another electrical system or preferably z. B. to connect a DC / DC converter. In this case, starting from the electrical connections inside the unit leads lead to the respective "power lines". In particular, for the possibility of connecting a DC / DC converter and electrical fuses (short-circuit or overcurrent protection) may be arranged in the course of the latter lines.

Neben dem Anschluss für ein weiteres Bordnetz (über DC/DC-Wandler) können z. B. auch weitere Anschlüsse für eine externe Ladung des Energiespeichers über eine stationäre Ladestation vorgesehen sein. Diese zusätzlichen Strombahnen können dann auch über eigene Sicherungen und eigene Ladeschütze führen.In addition to the connection for another electrical system (via DC / DC converter) z. As well as other connections for an external charge of the energy storage device can be provided via a stationary charging station. These additional current paths can then also lead via their own fuses and their own charging contactors.

Vorstehend wurde eine Vielzahl von optionalen zusätzlichen Funktionalitäten einer in der Baueinheit untergebrachten Überwachungs/Steuereinrichtung erläutert. Es versteht sich, dass diese einzelnen Funktionalitäten im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar sind (und hiermit sämtliche denkbaren Kombinationen als offenbart zu betrachten sind, auch wenn diese hier nicht explizit aufgezählt sind).In the foregoing, a large number of optional additional functionalities of a monitoring unit housed in the unit have been Control device explained. It is understood that these individual functionalities in the context of the invention can be combined with each other (and hereby all conceivable combinations are to be regarded as disclosed, even if they are not explicitly listed here).

Insbesondere wenn die Baueinheit außer der steuerbaren Schalteinrichtung mitsamt Ansteuereinrichtung noch mehrere weitere Funktionalitäten der oben beschriebenen Art aufweist, so ist es von Vorteil, wenn die betreffende Überwachungs/Steuereinrichtung eine programmgesteuerte Rechnereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) enthält, so dass für die genannten Messungen, Auswertungen, Steuerungen, Kommunikation etc. vorteilhaft eine programmgesteuerte Realisierung ermöglicht ist.In particular, if the structural unit has, in addition to the controllable switching device together with the control device, several further functionalities of the type described above, then it is of advantage if the monitoring / control device in question contains a program-controlled computer device (eg microcontroller), so that for the measurements mentioned , Evaluations, controls, communication, etc. advantageously a program-controlled implementation is possible.

Falls in der Baueinheit eine programmgesteuerte Rechnereinrichtung untergebracht ist, so ist dies auch insofern sehr vorteilhaft, weil durch eine solche Rechnereinrichtung gegebenenfalls auch Überwachungs- und/oder Steuerfunktionalitäten betreffend Betriebsparameter bewältigt werden können, die unmittelbar den Betrieb des Energiespeichers betreffen. If a program-controlled computer device is accommodated in the module, then this is also very advantageous in that monitoring and / or control functionalities relating to operating parameters, which directly relate to the operation of the energy store, can also be handled by such a computer device.

Beispiele hierfür sind die Überwachung der Temperatur von einzelnen Energiespeichereinheiten (z. B. elektrochemische Batteriezellen), die Überwachung von Ladezuständen einzelner Energiespeichereinheiten und die Steuerung derartiger Ladezustände im Rahmen einer so genannten Vergleichmäßigung ("balancing"). Examples include the monitoring of the temperature of individual energy storage units (eg electrochemical battery cells), the monitoring of states of charge of individual energy storage units and the control of such states of charge in the context of a so-called balancing.

Eine in der Baueinheit vorhandene Rechnereinrichtung kann somit z. B. eine in einem separaten Energiespeichergehäuse bzw. einem separaten Energiespeichersystemgehäuseteil untergebrachte Rechnereinrichtung entlasten bzw. ganz entbehrlich machen. So können beispielsweise die in einem Energiespeichergehäuse untergebrachten Komponenten für die Energiespeicherüberwachung auf die unmittelbar zur Messung und/oder Steuerung erforderlichen Komponenten begrenzt werden, wobei eine (genauere) Auswertung von Messsignalen bzw. eine Erzeugung von Steuersignalen (z. B. durch Berechnungen) von der in der Baueinheit untergebrachten Rechnereinrichtung übernommen werden können.An existing in the unit computing device can thus z. B. relieve a housed in a separate energy storage housing or a separate energy storage system housing part computer device or make completely unnecessary. Thus, for example, the components stored in an energy storage housing for the energy storage monitoring can be limited to the components required directly for measurement and / or control, a (more accurate) evaluation of measurement signals or generation of control signals (eg by calculations) from the can be taken in the unit accommodated computer device.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Baueinheit ("Elektromechanik-Box") auch eine elektrische Sicherung ("Hauptsicherung") für den Energiespeicher beinhaltet. Zwar sollte eine solche Sicherung aus Sicherheitsgründen immer möglichst dicht an der Quelle angeordnet werden. Insbesondere wenn die Baueinheit jedoch direkt an einem Gehäuse des Energiespeichers angeordnet wird, oder z. B. in einen Einschub an einem Gehäuse des Energiespeichers einschiebbar gestaltet ist, kann die Sicherung ohne nennenswerte Sicherheitseinbuße auch in der Baueinheit angeordnet werden.In a further development, it is provided that the assembly ("electromechanical box") also includes an electrical fuse ("main fuse") for the energy storage. For security reasons, such a fuse should always be arranged as close as possible to the source. In particular, however, when the assembly is placed directly on a housing of the energy storage, or z. B. is designed to be inserted into a slot on a housing of the energy storage, the fuse without significant loss of security can be arranged in the unit.

Eine bevorzugte Verwendung des beschriebenen Energiespeichersystems ist der Einsatz bei einem Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem, wie z. B. ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.A preferred use of the energy storage system described is the use in a vehicle with an electric drive system, such. B. an electric or hybrid vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

1 ein Blockschaltbild eines Energiespeichersystems gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, und 1 a block diagram of an energy storage system according to a first embodiment, and

2 ein Blockschaltbild eines Energiespeichersystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 2 a block diagram of an energy storage system according to another embodiment.

1 zeigt ein Energiespeichersystem 10 eines Fahrzeuges, umfassend einen elektrischen Energiespeicher 12 und eine separat vom Energiespeicher vorgesehene Baueinheit 14, über welche der Energiespeicher 12 mit einem Bordnetz gekoppelt ist. 1 shows an energy storage system 10 a vehicle, comprising an electrical energy storage 12 and a separately provided from the energy storage unit 14 over which the energy storage 12 is coupled with a vehicle electrical system.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt sowohl der Energiespeicher 12 als auch die Baueinheit 14 ein die jeweils darin untergebrachten Komponenten im Wesentlichen vollständig umschließendes Gehäuse 16 bzw. 18.In the illustrated embodiment, both the energy storage 12 as well as the assembly 14 a housed in each housed components substantially completely enclosing housing 16 respectively. 18 ,

Die eigentliche Energiespeicherung findet im Energiespeicher 12 statt, der zu diesem Zweck eine Vielzahl von elektrisch miteinander verschalteten elektrochemischen Batteriezellen aufweist, von denen in 1 symbolisch lediglich eine dargestellt und mit 20 bezeichnet ist. Im dargestellten Beispiel besitzt die Anordnung der Batteriezellen 20 zwei Batteriepole, die jeweils elektrisch mit einem von zwei am Gehäuse 16 angeordneten elektrischen Anschlüssen 22 (Pluspol, z. B. Steckbuchse) und 24 (Minuspol, z. B. Steckbuchse) verbunden sind.The actual energy storage takes place in the energy store 12 instead, having for this purpose a plurality of electrically interconnected electrochemical battery cells, of which in 1 symbolically represented only one and with 20 is designated. In the example shown has the arrangement of the battery cells 20 two battery poles, each electrically connected to one of two on the case 16 arranged electrical connections 22 (Positive pole, eg socket) and 24 (Negative pole, eg socket) are connected.

Die elektrischen Anschlüsse 22, 24 des Energiespeichers 12, an denen die elektrischen "Batteriepotentiale" HVbat+ bzw. HVbat– herrschen, sind über Verbindungskabel 26 bzw. 28 mit zugeordneten elektrischen Anschlüssen 30 (Pluspol) bzw. 32 (Minuspol) der Baueinheit 14 verbunden. Wie bei dem Energiespeicher 12 sind auch die Anschlüsse 30, 32 der Baueinheit 14 als Steckverbinder (z. B. Steckbuchsen) ausgebildet. Die Enden der Verbindungskabel 26, 28 sind mit passenden Gegensteckverbindern (hier z. B. Stecker) ausgestattet.The electrical connections 22 . 24 of the energy store 12 at which the electrical "battery potentials" HVbat + or HVbat- prevail, are via connection cables 26 respectively. 28 with associated electrical connections 30 (Plus pole) or 32 (Negative pole) of the unit 14 connected. As with the energy storage 12 are also the connections 30 . 32 the building unit 14 designed as a connector (eg sockets). The ends of the connection cables 26 . 28 are equipped with matching mating connectors (here eg plug).

Der im Betrieb des Energiespeichersystems 10 über die Kabel 26, 28 fließende Ladestrom bzw. Entladestrom wird im Inneren der Baueinheit 14 über im Folgenden auch als "Stromleiter" bezeichnete Leitungen 34 (positiver Stromleiter) und 36 (negativer Stromleiter) hindurchgeführt, wobei wieder als Steckverbinder ausgebildete elektrische Anschlüsse 38, 40 am Gehäuse 18 der Baueinheit 14 vorgesehen sind, um das Energiespeichersystem 10 (bzw. den Energiespeicher 12 über die Baueinheit 14) mit einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges zu verbinden. In 1 sind die entsprechenden Bordnetzpotentiale mit HV+ und HV– bezeichnet.The operation of the energy storage system 10 over the cables 26 . 28 flowing charging current or discharge current is inside the unit 14 above hereinafter also referred to as "conductor" lines 34 (positive conductor) and 36 (negative conductor) passed, again as a connector formed electrical connections 38 . 40 on the housing 18 the building unit 14 are provided to the energy storage system 10 (or the energy storage 12 about the unit 14 ) to connect with an electrical system of the vehicle. In 1 the corresponding on-board network potentials are designated HV + and HV-.

Im dargestellten Beispiel sind außerdem elektrische Anschlüsse 42, 44 (z. B. Steckverbinder) am Gehäuse 18 vorgesehen, um an dieser Stelle einen (nicht dargestellten) DC/DC-Spannungswandler anschließen zu können. Mit einem derartigen Spannungswandler kann z. B. vorteilhaft ein Transfer von elektrischer Energie von bzw. in ein noch weiteres elektrisches Bordnetz erfolgen, welches eine andere Spannungslage als das vom Energiespeichersystem 10 unmittelbar versorgte Bordnetz (HV+, HV–) besitzt. Die elektrischen Anschlüsse 42, 44 sind wie dargestellt über jeweilige Verbindungsleitungen enthaltend jeweils eine Sicherung 46, 48 mit den Stromleitern 34, 36 verbunden.In the example shown are also electrical connections 42 . 44 (eg connector) on the housing 18 provided to connect at this point a (not shown) DC / DC voltage converter can. With such a voltage converter z. B. a transfer of electrical energy from or in a further electrical wiring system advantageously take place, which is a different voltage than that of the energy storage system 10 directly supplied electrical system (HV +, HV-) has. The electrical connections 42 . 44 are as shown via respective connection lines containing in each case a fuse 46 . 48 with the conductors 34 . 36 connected.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die an der Baueinheit 14 vorgesehenen Anschlüsse 22, 24, 30, 32, 38, 40, 42, 44 etc. jeweils als Steckverbinder vorgesehen sind, können an diesen Stellen jeweils ebenso auch andere Kontaktierungen vorgesehen sein (z. B. Schraub-, Press-, Schweißverbindung etc.).Notwithstanding the illustrated embodiment, in which the on the unit 14 provided connections 22 . 24 . 30 . 32 . 38 . 40 . 42 . 44 etc. are each provided as a connector, other contacts can also be provided at these locations in each case (eg, screw, press, weld, etc.).

Die separat vom Energiespeicher 12 vorgesehene Baueinheit 14 enthält eine aus so genannten Hauptschützen 50, 52 gebildete steuerbare Schalteinrichtung zum gesteuerten Verbinden und Trennen des Energiespeichers 12 mit bzw. von dem Bordnetz HV+, HV–. Die im jeweiligen Leitungsverlauf der Stromleiter 34, 36 angeordneten Schütze 50, 52 werden hierbei durch eine zugeordnete Ansteuereinrichtung 54 betätigt, die als Teil einer in 1 mit 56 bezeichneten Mikrocontrollereinrichtung implementiert ist. Die Ansteuereinrichtung 54 bewerkstelligt außerdem die Ansteuerung eines Vorladeschützes 58, welches in Reihenschaltung mit einem Strombegrenzungswiderstand 60 parallel zu einem der Hauptschütze 50, 52, hier parallel zum Hauptschütz 52 angeordnet ist.The separately from the energy storage 12 provided unit 14 contains one of so-called main shooters 50 . 52 formed controllable switching device for the controlled connection and disconnection of the energy storage 12 with or from the electrical system HV +, HV-. The in each line of the conductor 34 . 36 arranged contactors 50 . 52 are in this case by an associated control device 54 operated as part of an in 1 With 56 designated microcontroller device is implemented. The drive device 54 also accomplishes the activation of a pre-charging contactor 58 which is connected in series with a current limiting resistor 60 parallel to one of the main contactors 50 . 52 , here parallel to the main contactor 52 is arranged.

Die Mikrocontrollereinrichtung 56 bewerkstelligt im dargestellten Beispiel eine Vielzahl von weiteren Überwachungs- bzw. Steueraufgaben.The microcontroller device 56 accomplished in the example shown a variety of other monitoring or control tasks.

Beispielsweise wird mittels eines im Verlauf des Stromleiters 36 angeordneten Stromsensors 62 eine Messung des Lade- bzw. Entladestroms durchgeführt und das Ergebnis an die Mikrocontrollereinrichtung 56 kommuniziert. Insbesondere erfolgt hiermit eine Überwachung auf Überstrom, wobei im Falle einer Detektion eines solchen Überstroms eine Abschaltung, d. h. Trennung des Energiespeichers 12 vom Bordnetz HV+, HV– erfolgt, indem über die Ansteuereinrichtung 54 ein Öffnen der Hauptschütze 50, 52 bewirkt wird. Dieser Überwachungs- und Steuervorgang, wie auch die nachfolgend noch beschriebenen weiteren Sicherheitsfunktionalitäten werden in programmgesteuerter Weise von der Mikrocontrollereinrichtung 56 erledigt. Eine entsprechende zentrale Rechnereinheit (Hard- und Software) ist in 1 mit 64 symbolisiert.For example, by means of one in the course of the conductor 36 arranged current sensor 62 a measurement of the charging or discharging current carried out and the result to the microcontroller device 56 communicated. In particular, this is done with a monitoring for overcurrent, wherein in the case of detection of such an overcurrent shutdown, ie separation of the energy storage 12 from the electrical system HV +, HV- takes place by the control device 54 opening the main contactors 50 . 52 is effected. This monitoring and control process, as well as the further safety functions described below are in a program-controlled manner by the microcontroller device 56 done. A corresponding central computer unit (hardware and software) is in 1 With 64 symbolizes.

Die Baueinheit 14 enthält ferner eine Isolationsüberwachungseinheit 66, die wie dargestellt elektrisch mit den Stromleitern 34, 36 und außerdem (nicht dargestellt) mit einer betriebsmäßig galvanisch von den Stromleitern 34, 36 getrennten elektrischen Fahrzeugmasse verbunden ist und im Fehlerfall eines Kurzschlusses (oder übermäßig großen Kriechstromes zwischen einem der Stromleiter 34, 36 und elektrischer Fahrzeugmasse) anspricht und dann z. B. auch eine Abschaltung des Energiespeichers 12 auslösen kann.The construction unit 14 also includes an isolation monitoring unit 66 electrically connected to the conductors as shown 34 . 36 and also (not shown) with an operationally galvanic from the conductors 34 . 36 disconnected electrical vehicle ground is connected and in case of failure of a short circuit (or excessively large leakage current between one of the conductors 34 . 36 and electrical vehicle ground) responds and then z. B. also a shutdown of the energy storage 12 can trigger.

Die Baueinheit 14 enthält ferner eine elektronische Sicherheitsverriegelungseinheit 68, an welcher eine durch verschiedene Bereiche der Baueinheit 14 verlaufende Verriegelungsschleife ("interlock loop") 70 angeschlossen ist. Mittels dieser Sicherheitsverriegelung 68, 70 können vorteilhaft Fehlerfälle detektiert werden, die darin bestehen, dass irgendeine der sicherheitsrelevanten Steckverbindungen (insbesondere an den Anschlüssen 30, 32, 38, 40, 42 und 44) gelöst wurde.The construction unit 14 also includes an electronic security interlock unit 68 , on which one through different areas of the assembly 14 running interlock loop ("interlock loop") 70 connected. By means of this safety lock 68 . 70 can advantageously be detected errors that consist in that any of the safety-relevant connectors (in particular at the terminals 30 . 32 . 38 . 40 . 42 and 44 ) was solved.

Die Baueinheit 14 umfasst ferner eine in der Mikrocontrollereinrichtung 56 ausgebildete Kommunikationsschnittstelle, über welche eine Kommunikation mit wenigstens einer externen Einrichtung (d. h. außerhalb der Baueinheit 14) bewerkstelligt werden kann. In 1 ist beispielhaft ein Kommunikationsbus (z. B. CAN-Bus) 72 eingezeichnet, über welchen eine Kommunikation mit einer innerhalb des Energiespeichers 12 vorgesehenen Überwachungs/Steuereinrichtung 74 ("battery monitoring controller") vorgesehen ist. Diese Einrichtung 74 dient z. B. der Überwachung von Temperaturen der Batteriezellen 20 und steuert z. B. deren Vergleichmäßigung (der Ladezustände). Anders als im Stand der Technik kann die Einrichtung 74 zur Überwachung der Energiespeichereinheiten relativ einfach gestaltet sein. Insbesondere kann die Funktionalität einer Auswertung von Messungen und/oder die Funktionalität einer Erzeugung von Steuersignalen wenigstens teilweise durch die in der Baueinheit 14 vorhandene Mikrocontrollereinrichtung 56 übernommen werden (programmgesteuert mittels der Einheit 64).The construction unit 14 further includes one in the microcontroller device 56 trained communication interface, via which a communication with at least one external device (ie outside the unit 14 ) can be accomplished. In 1 is an example of a communication bus (eg CAN bus) 72 plotted over which a communication with a within the energy storage 12 provided monitoring / control device 74 ("Battery monitoring controller") is provided. This device 74 serves z. B. the monitoring of temperatures of the battery cells 20 and controls z. B. their homogenization (the states of charge). Unlike in the prior art, the device 74 be relatively simple to monitor the energy storage units. In particular, the functionality of an evaluation of measurements and / or the functionality of a generation of control signals may be at least partially due to the in the assembly 14 existing microcontroller device 56 be adopted (programmatically by means of the unit 64 ).

Zusammenfassend ergibt sich bei dem dargestellten Energiespeichersystem 10 ein vorteilhaft modularer Aufbau, welcher in logistischer Hinsicht eine erhebliche Vereinfachung bei der Herstellung von verschiedenen Modifikationen des Energiespeichersystems 10 darstellt. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile in Zusammenhang mit einer etwaigen Wartung oder Reparatur des Energiespeichersystems 10. In summary, results in the illustrated energy storage system 10 an advantageous modular design, which logistically a considerable simplification in the production of various modifications of the energy storage system 10 represents. In addition, there are advantages associated with any maintenance or repair of the energy storage system 10 ,

Das Energiespeichersystem 10 kann auch als "Elektromechanik-Box" bezeichnet werden, enthaltend eine eigene Ansteuer- und Auswerteelektronik sowie einen Mikrocontroller. Eine Vielzahl von Funktionen kann gemäß diesem Konzept autark realisiert sein:

  • – Selbstüberwachung bezüglich Fehler und Ausfall mit sofortiger Abschaltung
  • – Überstromabschaltung
  • – Notabschaltung bei Unfall
  • – Vorladeprozedur
  • – Überwachung des Isolationszustandes und gegebenenfalls Abschaltung bei fehlerhafter Isolation
  • – Sicherheitsverriegelung, mit Abschaltung im Fehlerfall
  • – Kommunikation über eine oder mehrere Informationsschnittstellen, beispielsweise zu einer Batterie-Überwachungs/Steuereinrichtung ("BMC") und/oder zu einem so genannten Hybridcontroller (in einem Hybridfahrzeug)
The energy storage system 10 can also be referred to as "electromechanical box", containing its own control and evaluation and a microcontroller. A variety of functions can be realized independently according to this concept:
  • - Self-monitoring for errors and failure with immediate shutdown
  • - Overcurrent shutdown
  • - emergency shutdown in the event of an accident
  • - Pre-charge procedure
  • - Monitoring the insulation condition and, if necessary, switching off in case of faulty insulation
  • - Safety interlock, with shutdown in case of error
  • Communication via one or more information interfaces, for example to a battery monitoring / control device ("BMC") and / or to a so-called hybrid controller (in a hybrid vehicle)

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels werden für gleich wirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben "a" zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung dieses vorangegangenen Ausführungsbeispiels verwiesen.In the following description of a further embodiment, the same reference numerals are used for components having the same effect, in each case supplemented by a small letter "a" to distinguish the embodiment. In this case, essentially only the differences from the exemplary embodiment already described are dealt with and, moreover, reference is hereby explicitly made to the description of this previous exemplary embodiment.

2 zeigt ein Energiespeichersystem 10a gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. 2 shows an energy storage system 10a according to another embodiment.

Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel besitzt eine Baueinheit 14a des Energiespeichersystems 10a keine Mikrocontrollereinrichtung. Stattdessen ist eine solche Mikrocontrollereinrichtung mit einer zentralen Rechnereinheit 64a innerhalb eines Energiespeichers 12a untergebracht, etwa wie dargestellt als Teil einer Überwachungs/Steuereinrichtung 74a, die in diesem Fall zum einen zur Überwachung und/oder Steuerung von Komponenten des Energiespeichers 12a dient, zum anderen jedoch auch Messfunktionen, Betriebsfunktionen und Sicherheitsfunktionen ausführt, die bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel durch den Mikrocontroller in der Baueinheit 14a ausgeführt wurden.In contrast to the example described above has a structural unit 14a of the energy storage system 10a no microcontroller device. Instead, such a microcontroller device with a central computer unit 64a within an energy store 12a housed as shown as part of a monitor / controller 74a in this case, on the one hand for monitoring and / or control of components of the energy storage 12a on the other hand, however, also carries out measuring functions, operating functions and safety functions, which in the example described above are performed by the microcontroller in the unit 14a were executed.

Im dargestellten Beispiel sind die Baueinheit 14a und der Energiespeicher 12a über eine Anordnung von Signal- und Datenleitungen 76a miteinander verbunden.In the example shown are the unit 14a and the energy storage 12a via an arrangement of signal and data lines 76a connected with each other.

Bei dem Energiespeicher 10a sind somit eine Messdatenerfassung (z. B. Isolationsüberwachung, Strommessung, etc.) und eine Ansteuerelektronik (z. B. Ansteuereinrichtung 54a) in der Baueinheit 14a realisiert. Die "aufwendigere" Elektronik zur Ausführung der programmgesteuerten Mess-, Betriebs- und Sicherheitsfunktionen (mittels Mikrocontroller und Software) ist jedoch im Energiespeicher 12a integriert. Demzufolge werden letztere Funktionen durch die Überwachungs/Steuereinrichtung 74a im Energiespeicher 12 übernommen. Die zur Kommunikation bzw. zum Datentransfer erforderlichen Schnittstellen (vgl. Schnittstellenbaustein 78a) können in Abstimmung mit dem jeweiligen Hersteller des Energiespeichers 12a ausgestaltet werden.In the energy storage 10a are thus a measurement data acquisition (eg insulation monitoring, current measurement, etc.) and a control electronics (eg 54a ) in the unit 14a realized. However, the "more elaborate" electronics for executing the program-controlled measuring, operating and safety functions (by means of microcontroller and software) is in the energy storage 12a integrated. As a result, the latter functions are performed by the monitor / controller 74a in the energy store 12 accepted. The interfaces required for communication or data transfer (see Interface Module 78a ) can in consultation with the respective manufacturer of the energy storage 12a be designed.

Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktion des in 2 dargestellten Energiespeichersystems 10a denjenigen des Energiespeichersystems 10.Incidentally, the structure and function of the in 2 illustrated energy storage system 10a those of the energy storage system 10 ,

Ein Vorteil einer weitgehend autarken "Elektromechanik-Box", wie etwa der im Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendeten Baueinheit 14 ist, dass von der Batterieüberwachungseinrichtung 74 lediglich ein Signal zum Schließen und Öffnen der Hauptschütze 50, 52 aufgegeben werden muss, und dass die "Elektromechanik-Box" (Baueinheit 14) aufgrund der Modularität bei Fehlfunktion oder beim Erreichen des Lebensdauerendes bei einzelnen Komponenten (z. B. der Schützlebensdauer) ausgetauscht werden kann. Dadurch muss nicht wie bisher ein gesamtes Energiespeichersystem demontiert (bzw. aufwendig zerlegt) und repariert/gewartet werden, so dass die Kosten reduziert werden und die Verfügbarkeit entsprechend steigt. An advantage of a largely self-sufficient "electromechanical box", such as in the embodiment according to 1 used unit 14 is that of the battery monitoring device 74 just a signal to close and open the main contactors 50 . 52 must be abandoned, and that the "electromechanical box" (unit 14 ) can be replaced due to the modularity in case of malfunction or when reaching the end of life for individual components (eg the contactor life). As a result, an entire energy storage system does not have to be dismantled (or extensively disassembled) and repaired / maintained, so that the costs are reduced and the availability increases accordingly.

Alle gewünschten bzw. im jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Sicherheitsmechanismen können in der "Elektromechanik-Box" (z. B. 14 bzw. 14a) integriert/realisiert werden. Diese Baueinheit ist in der Datenkette/Stromkreis das letzte bzw. erste Glied und kann die Sicherheitsmechanismen als externe und umsetzende Einheit abbilden. All desired or required safety mechanisms in the respective application can be found in the "Electromechanical Box" (eg 14 respectively. 14a ) are integrated / realized. This unit is the last or first link in the data chain / circuit and can map the security mechanisms as an external and implementing unit.

Bei einem Hybridantriebssystem kann der so genannte Hybridcontroller (HCU) mit der Batterieüberwachung (BMC) kommunizieren, und das BMC wiederum mit der Elektromechanik-Box. Dieses Konzept löst die notwendige Komplexität eines "handelsüblichen" Batteriemanagementsystems auf und verteilt die Aufgaben auf zwei Systeme.In a hybrid drive system, the so-called hybrid controller (HCU) can communicate with the battery monitor (BMC), and the BMC in turn with the electromechanical box. This concept solves the necessary complexity of a "commercial" battery management system and distributes the tasks to two systems.

Die Elektromechanik-Box kann Messfunktionen, Betriebs-Funktionen (z. B. Vorladen bis Bordnetz-Kondensator voll, dann Schützwechsel damit Speicher zugeschaltet wird usw.) und Sicherheitsfunktionen selbstständig ausführen. The electromechanical box can carry out measuring functions, operating functions (eg pre-charging to on-board capacitor full, then contactor change so that memory is switched on, etc.) and safety functions independently.

Es genügt, wenn über die Kommunikationsschnittstelle lediglich Informationen (Betriebsvorgaben, Zustandsinformationen) mit dem Batterie-Controller und/oder Hybridcontroller ausgetauscht werden.It is sufficient if only information (operating instructions, status information) is exchanged with the battery controller and / or hybrid controller via the communication interface.

Im Vergleich zum bisherigen "kompletten Energiespeichersystem" wird durch die Erfindung das Wartungs- und Tauschkonzept einfacher gestaltet und realisiert. Compared to the previous "complete energy storage system" the maintenance and exchange concept is made simpler and realized by the invention.

Ebenfalls wird durch die Möglichkeit der Baukasten/Modulbauweise der Aufbau eines Energiespeichersystems einfacher und übersichtlicher. Dadurch hat der Speicherhersteller wesentlich weniger Aufwand und kann sich, da er sich nicht mehr um das Zusammenspiel der sicherheitsrelevanten Komponenten kümmern muss, auf den wesentlichen Inhalt des Energiespeichers (z. B. Zellen, Kühlung etc.) konzentrieren. Also, the possibility of the modular / modular design of the structure of an energy storage system is simpler and clearer. As a result, the memory manufacturer has much less effort and, since he no longer has to worry about the interaction of the safety-relevant components, can concentrate on the essential content of the energy store (eg cells, cooling, etc.).

Des Weiteren ist es möglich, durch die Variation der Elektromechanik-Box bestimmte Eigenschaften des Gesamtsystems schnell zu verändern.Furthermore, it is possible to change the characteristics of the overall system quickly by varying the electromechanical box.

Die beschriebene Lösung bietet eine einfachere Entwicklung von Energiespeichersystemen, insbesondere wenn die Elektromechanik-Box (z. B. in der bevorzugten Ausführung gemäß 1) die Messfunktionen, Betriebsfunktionen und Sicherheitsfunktionen selbstständig ausführen kann. Das BMC ist diesbezüglich entlastet. Die Elektromechanik-Box kann alle dazu notwendigen elektrischen und elektromechanischen Komponenten sowie z. B. eine Controller-Schaltungsplatte und die notwendige Software enthalten. Über eine z. B. genormte Kommunikationsschnittstelle werden bevorzugt lediglich Informationen (Betriebsvorgaben, Zustandsinformationen) mit dem Batterie-Controller und/oder Hybridcontroller ausgetauscht. Die Elektromechanik-Box kann in oder an einem Gehäuse eines Energiespeichers integriert (z. B. "angebaut") oder auch außerhalb und im Abstand zu einem solchen Energiespeichergehäuse an geeigneter Stelle angebracht werden.The described solution offers a simpler development of energy storage systems, in particular if the electromechanical box (eg in the preferred embodiment according to FIGS 1 ) can perform the measuring functions, operating functions and safety functions independently. The BMC is relieved in this regard. The electromechanical box can all necessary electrical and electromechanical components and z. As a controller circuit board and the necessary software included. About a z. B. standard communication interface are preferably only information (operating instructions, state information) with the battery controller and / or hybrid controller exchanged. The electromechanical box can be integrated (eg, "mounted") in or on a housing of an energy storage device or else be mounted at a suitable location outside and at a distance from such an energy storage housing.

Claims (9)

Energiespeichersystem (10) für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Energiespeicher (12) und eine steuerbare Schalteinrichtung (50, 52) zum gesteuerten Verbinden und Trennen des Energiespeichers (12) mit bzw. von einem Bordnetz (HV+, HV–) des Fahrzeuges, gekennzeichnet durch eine separat vom Energiespeicher (12) vorgesehene Baueinheit (14), in welcher die steuerbare Schalteinrichtung (50, 52) mitsamt einer die Schalteinrichtung ansteuernden Ansteuereinrichtung (54) untergebracht ist, und welche mit elektrischen Anschlüssen (30, 32, 38, 40) zum Verbinden der Baueinheit (14) einerseits mit dem Energiespeicher (12) und andererseits mit dem Bordnetz (HV+, HV–) versehen ist.Energy storage system ( 10 ) for a vehicle, comprising an electrical energy store ( 12 ) and a controllable switching device ( 50 . 52 ) for the controlled connection and disconnection of the energy store ( 12 ) with or from a vehicle electrical system (HV +, HV-) of the vehicle, characterized by a separate from the energy store ( 12 ) provided unit ( 14 ), in which the controllable switching device ( 50 . 52 ) together with a control device which drives the switching device ( 54 ), and which with electrical connections ( 30 . 32 . 38 . 40 ) for connecting the assembly ( 14 ) on the one hand with the energy storage ( 12 ) and on the other hand with the electrical system (HV +, HV-) is provided. Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Ansteuereinrichtung (54) als Teil einer in der Baueinheit untergebrachten Überwachungs/Steuereinrichtung (56) ausgebildet ist, insbesondere einer Überwachungs/Steuereinrichtung (56), mittels welcher ferner eine Überwachung von bestimmten Betriebsparametern des Energiespeichersystems (10) bewerkstelligt wird.Energy storage system ( 10 ) according to claim 1, wherein the drive device ( 54 ) as part of a monitoring / control device housed in the assembly ( 56 ), in particular a monitoring / control device ( 56 ), by means of which further monitoring of certain operating parameters of the energy storage system ( 10 ) is accomplished. Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 2, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Überwachung auf Überstrom durchzuführen.Energy storage system ( 10 ) according to claim 2, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is designed to perform monitoring for overcurrent. Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Isolationsüberwachung durchzuführen.Energy storage system ( 10 ) according to claim 2 or 3, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is designed to perform an insulation monitoring. Energiespeichersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Selbstüberwachung durchzuführen.Energy storage system ( 10 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is designed to perform a self-monitoring. Energiespeichersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Sicherheitsverriegelung durchzuführen.Energy storage system ( 10 ) according to one of claims 2 to 5, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is adapted to perform a safety lock. Energiespeichersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Strommessung durchzuführen.Energy storage system ( 10 ) according to one of claims 2 to 6, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is adapted to perform a current measurement. Energiespeichersystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Überwachungs/Steuereinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, eine Kommunikation mit wenigstens einer externen Einrichtung zu bewerkstelligen, insbesondere mit einer im Bereich des Energiespeichers (12) untergebrachten, diesen überwachenden und/oder steuernden Überwachungs/Steuereinrichtung (74).Energy storage system ( 10 ) according to one of claims 2 to 7, wherein the monitoring / control device ( 56 ) is designed to effect a communication with at least one external device, in particular with one in the region of the energy store ( 12 ), these monitoring and / or controlling monitoring / control devices ( 74 ). Fahrzeug umfassend ein elektrisches Antriebssystem und ein Energiespeichersystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Versorgung des elektrischen Antriebssystems.Vehicle comprising an electric drive system and an energy storage system ( 10 ) according to one of the preceding claims for supplying the electric drive system.
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