DE102013213288A1 - Battery system and method for diagnosing output terminals of a battery - Google Patents

Battery system and method for diagnosing output terminals of a battery Download PDF

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DE102013213288A1 DE102013213288.3A DE102013213288A DE102013213288A1 DE 102013213288 A1 DE102013213288 A1 DE 102013213288A1 DE 102013213288 A DE102013213288 A DE 102013213288A DE 102013213288 A1 DE102013213288 A1 DE 102013213288A1
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Jan Salziger
Konstantin Meyer
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Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Diagnose von Ausgangsanschlüssen (25, 26) einer Batterie beschrieben, das Schritte aufweist, bei denen zumindest ein Schalterelement (13, 14, 15) in der Batterie für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen wird, bestimmt wird, ob das Schließen des zumindest einen Schalterelements (13, 14, 15) für eine vorbestimmte Zeitdauer eine Spannungsänderung einer Messspannung (U, Ulink_pos, Ulink_neg), die an Ausgangsanschlüssen (25, 26) der Batterie anliegt, zur Folge hat, und entschieden wird, dass eine Zwischenkreiskapazität (11) ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist, falls eine Spannungsänderung der Messspannung (U, Ulink_pos, Ulink_neg) festgestellt wurde.
Ferner wird ein entsprechendes Batteriesystem (30), mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann, zur Verführung gestellt. The invention relates to a method for diagnosing output terminals (25, 26) of a battery, comprising the steps of closing at least one switch element (13, 14, 15) in the battery for a predetermined period of time, determining whether the closing of the at least one switch element (13, 14, 15) for a predetermined period of time, a voltage change of a measuring voltage (U, U link_pos , U link_neg ), which is applied to output terminals (25, 26) of the battery results, and it is decided that a DC link capacitance (11) is properly connected to the battery if a voltage change of the measuring voltage (U, U link_pos , U link_neg ) has been detected.
Furthermore, a corresponding battery system (30) with which the method can be carried out is seduced.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Ausgangsanschlüssen einer Batterie, die eine oder mehrere Batteriezellen zum Bereitstellen einer Batteriespannung und zumindest ein Schalterelement zum Verbinden der Batteriezellen mit den Ausgangsanschlüssen aufweist, wobei die Batterie dazu eingerichtet ist, über die Ausgangsanschlüsse mit einer Zwischenkreiskapazität verbunden zu werden, Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Batteriesystem und ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem. The present invention relates to a method of diagnosing output terminals of a battery having one or more battery cells for providing a battery voltage and at least one switch element for connecting the battery cells to the output terminals, wherein the battery is adapted to be connected via the output terminals with a DC link capacitance Furthermore, the invention relates to a corresponding battery system and a vehicle with a battery system.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie beispielsweise bei Windkraftanlagen, in Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen, als auch im Consumer-Bereich, beispielsweise bei Laptops und Mobiltelefonen, vermehrt Batteriesysteme, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriesysteme, zum Einsatz kommen werden, an die hohe Anforderungen bezüglich Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit gestellt werden. It is becoming apparent that in the future both in stationary applications, such as wind turbines, in vehicles, such as in hybrid and electric vehicles, as well as in the consumer sector, such as laptops and mobile phones, increasingly battery systems, especially lithium-ion Battery systems will be used, are placed on the high performance and reliability requirements.

Dabei werden, um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Spannung und zur Verfügung stellbarer Leistung erfüllen zu können, oftmals eine hohe Zahl von Batteriezellen in Serie geschaltet, wodurch ein Batteriestrang gebildet wird, der eine Batteriespannung bereitstellt. Zur Erzielung eines hohen Batteriestroms werden häufig noch zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet. In this case, in order to meet the requirements for voltage and available power that can be provided for a particular application, a large number of battery cells are often connected in series, whereby a battery string is formed, which provides a battery voltage. To achieve a high battery current, battery cells are often additionally connected in parallel.

In Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden Batteriepacks durch Leistungsschütze mit den weiteren Komponenten wie Antrieb, Zusatzgenerator, Ladestecker und so weiter verbunden. Häufig werden diese Komponenten über eine Einrichtung, insbesondere einen Zwischenkreis, gespeist, die aus der Batteriespannung eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder getaktete Gleichspannung erzeugt.In hybrid and electric vehicles battery packs are connected by power contactors with the other components such as drive, auxiliary generator, charging plug and so on. Frequently, these components are supplied via a device, in particular a DC link, which generates a single-phase or multi-phase AC voltage or clocked DC voltage from the battery voltage.

Aufgrund der dabei entstehenden Lastspitzen sind solche Einrichtungen mit einer Speichereinrichtung versehen. Die Speichereinrichtung ist üblicherweise ein Kondensator, der als Zwischenkreiskapazität in einem entsprechenden, mit Ausgangsanschlüssen der Batterie angeordneten Zwischenkreis angeordnet ist. Dieser Kondensator kann beträchtliche Werte annehmen.Due to the resulting peak loads such devices are provided with a memory device. The memory device is usually a capacitor, which is arranged as a DC link capacitance in a corresponding, arranged with output terminals of the battery intermediate circuit. This capacitor can take on considerable values.

Sollen also die oben genannten Komponenten mit der Batterie verbunden werden, so muss zuerst die Zwischenkreiskapazität aufgeladen werden. Erst danach kann die Komponente selbst in Betrieb genommen werden. Die Aufladung der Zwischenkreisschaltung wird üblicherweise mit Hilfe eines Lastwiderstandes realisiert. In 1 ist ein entsprechendes Batteriesystem 10 gezeigt. So if the above mentioned components are to be connected to the battery, first the DC link capacitance has to be charged. Only then can the component itself be put into operation. The charging of the DC link circuit is usually realized by means of a load resistor. In 1 is a corresponding battery system 10 shown.

Die durch eine Anordnung von in 1 nicht explizit dargestellten Batteriezellen erzeugte Batteriespannung wird mittels eines negativen Schaltungsasts und eines positiven Schaltungsasts einem in einem Zwischenkreis 12 angeordneten Kondensator beziehungsweise der Zwischenkreiskapazität 11 zugeführt. Der Zwischenkreis 12 wird über Anschlussklemmen 16, 17 an die Batterie angeschlossen, wobei in den entsprechenden Schaltungsästen ferner Schalterelemente 13, 14, 15, insbesondere Schütze, angeordnet sind. Bei geschlossenen Vorladeschütz (Schalterelement 13) und geschlossenem negativem Hauptschütz (Schalterelement 15) wird die Zwischenkreiskapazität 11 über den Vorladewiderstand 18 aufgeladen. Nach abgeschlossener Vorladung schließt das positive Hauptschütz (Schalterelement 14) und eine an dem Zwischenkreis 12 angeschlossene (in der Zeichnung nicht explizit dargestellte) Komponente, wie beispielsweise ein Verbraucher, kann in Betrieb gehen.The by an arrangement of in 1 Battery voltage not explicitly shown battery voltage is by means of a negative Schaltungsasts and a positive Schaltungsasts one in a DC link 12 arranged capacitor or the DC link capacitance 11 fed. The DC link 12 is via connection terminals 16 . 17 connected to the battery, wherein in the corresponding circuit branches further switch elements 13 . 14 . 15 , in particular contactors, are arranged. With closed pre-charging contactor (switch element 13 ) and closed negative main contactor (switch element 15 ) becomes the DC link capacity 11 about the pre-charge resistance 18 charged. After completion of the precharge closes the positive main contactor (switch element 14 ) and one on the DC link 12 connected (not explicitly shown in the drawing) component, such as a consumer, can go into operation.

Aus der DE 10 2010 054 211 A1 ist ein beispielhaftes herkömmliches Batteriesystem bekannt, bei dem Anschlussklemmen einer Batterie mit einer Zwischenkreiskapazität aus zwei Kondensatoren verbunden sind. Ferner ist über den Zwischenkreis ein Verbraucher an die Batterie angeschlossen.From the DE 10 2010 054 211 A1 For example, an exemplary conventional battery system is known in which terminals of a battery are connected to a DC link capacitance of two capacitors. Furthermore, a consumer is connected to the battery via the DC link.

Um eine Gefährdung durch Hochspannung zu vermeiden, muss das Batteriesystem 10 erkennen, wenn ein Fehlerfall vorliegt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Anschlussklemmen 16 und 17 offen sind oder aufgrund eines Fehlers eine Leitungsunterbrechung zwischen den batterieseitigen Ausgangsanschlüssen 25 und 26 der Anschlussklemmen 16 und 17 besteht. In diesem Fall ist die Zwischenkreiskapazität 11, hier ein Kondensator, elektrisch nicht vorhanden.To avoid a risk of high voltage, the battery system 10 recognize if an error occurs. This is especially the case when the terminals 16 and 17 are open or due to a fault, a line break between the battery-side output terminals 25 and 26 of the terminals 16 and 17 consists. In this case, the DC link capacity 11 , here a capacitor, not electrically available.

In diesem Fall muss ein Schließen der Hauptschütze 14, 15 vermieden werden. Die Erkennung kann beispielsweise mittels einer Interlock-Verbindung beziehungsweise einer HVIL („Hochvolt-Interlock“)-Schleife erfolgen, was auf die im Folgenden anhand 2 beschriebene Art und Weise geschieht:
Nach 2 ist in dem Hochvoltstecker 21, der die Anschlussklemmen 16, 17 umfasst, zusätzlich ein zweites Kontaktpaar 22 und 23 verbaut. Das Kontaktpaar ist somit in dem Hochvoltstecker 21 mechanisch mit den Anschlussklemmen 16 und 17 verbunden. Das Kontaktpaar 22 und 23 ist ferner in dem Batteriesystem 20 mit der HVIL-Schleife 24 verbunden, mittels der die elektrische Verbindung des Kontaktpaares 22, 23 überwacht wird. Wird der Hochvoltstecker 21 getrennt, so wird auch das Kontaktpaar 22, 23 getrennt und eine Abschaltung hervorgerufen beziehungsweise eine Zuschaltung verhindert. In der 2 sind ferner die Ausgangsanschlüsse 25, 26 bezeichnet, die den batterieseitigen Teilen der Anschlussklemmen 16, 17 entsprechen. In this case, closing the main contactors 14 . 15 be avoided. The detection can take place, for example, by means of an interlock connection or an HVIL ("high-voltage interlock") loop, which is based on the following 2 described way happens:
To 2 is in the high voltage connector 21 that the terminals 16 . 17 includes, in addition a second contact pair 22 and 23 installed. The contact pair is thus in the high-voltage connector 21 mechanically with the connection terminals 16 and 17 connected. The contact pair 22 and 23 is also in the battery system 20 with the HVIL loop 24 connected, by means of the electrical connection of the contact pair 22 . 23 is monitored. Will the high-voltage connector 21 separated, so also the contact pair 22 . 23 disconnected and a shutdown caused or prevents a connection. In the 2 are also the output terminals 25 . 26 referred to the battery-side parts of the terminals 16 . 17 correspond.

Nachteilig an dem oben genannten Verfahren ist, dass eine zusätzliche Leitung, die sogenannte Interlock Leitung, beziehungsweise die HVIL-Schleife benötigt wird. Dadurch verteuert sich die Verkabelung und die Steckersysteme werden aufwändiger.A disadvantage of the above-mentioned method is that an additional line, the so-called interlock line, or the HVIL loop is needed. As a result, the wiring becomes more expensive and the connector systems become more complex.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Diagnose von Ausgangsanschlüssen einer Batterie zur Verfügung gestellt, die eine oder mehrere Batteriezellen zum Bereitstellen einer Batteriespannung und zumindest ein Schalterelement zum Verbinden der Batteriezellen mit den Ausgangsanschlüssen aufweist. Die Batterie ist dazu eingerichtet, über die Ausgangsanschlüsse mit einer Zwischenkreiskapazität verbunden zu werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist grundsätzlich Schritte auf, bei denen das zumindest eine Schalterelement für eine definierte Zeitdauer geschlossen wird, bestimmt wird, ob das Schließen des zumindest einen Schalterelements für eine definierte Zeitdauer eine Spannungsänderung einer Messspannung, die an den Ausgangsanschlüssen anliegt, zur Folge hat, und entschieden wird, dass die Zwischenkreiskapazität ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist, falls eine Spannungsänderung der Messspannung festgestellt wurde, und/oder entschieden wird, dass die Zwischenkreiskapazität nicht ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist, falls der ermittelte Spannungsanstieg einen vorbestimmten Schwellenwert oder ein Signalrauschen nicht überschreitet.According to the invention, a method for diagnosing output terminals of a battery is provided which has one or more battery cells for providing a battery voltage and at least one switch element for connecting the battery cells to the output terminals. The battery is designed to be connected to a DC link capacitance via the output terminals. The method according to the invention basically has steps in which the at least one switch element is closed for a defined period of time, it is determined whether the closure of the at least one switch element results in a voltage change of a measurement voltage applied to the output terminals for a defined period of time, and it is decided that the link capacitance is properly connected to the battery if a voltage change of the measurement voltage has been detected and / or it is decided that the link capacitance is not properly connected to the battery if the determined voltage rise is not a predetermined threshold or signal noise exceeds.

Ferner wird ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt, das eine Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, und zumindest ein zwischen den Batteriezellen und Ausgangsanschlüssen der Batterie geschaltetes Schalterelement aufweist. Dabei ist die Batterie dazu eingerichtet, über die Ausgangsanschlüsse mit einer in einem Zwischenkreis angeordneten Zwischenkreiskapazität verbunden zu werden. Ferner weist das Batteriesystem eine Steuereinrichtung, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, auf, die dazu eingerichtet ist, die Batterie derart zu steuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Furthermore, a battery system is provided which has a battery with one or more battery cells, in particular a high-voltage battery, and at least one switched between the battery cells and output terminals of the battery switch element. In this case, the battery is set up to be connected via the output connections to a DC link capacitor arranged in a DC link. Furthermore, the battery system has a control device, in particular a battery management system, which is set up to control the battery such that the method according to the invention is carried out.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf einfache und sichere Art und Weise festgestellt werden kann, ob eine Komponente, hier: eine Zwischenkreiskapazität ordnungsgemäß an die Batterie angeschlossen ist, ohne dabei beispielsweise auf eine Interlock-Verbindung oder ähnliche Maßnahmen angewiesen zu sein. Andererseits kann durch die Diagnose, ob eine Komponente angeschlossenen ist, ein fälschliches Zuschalten sicher verhindert werden.The invention has the advantage that it can be determined in a simple and secure manner, whether a component, here: a DC link capacitance is properly connected to the battery, without being dependent on, for example, an interlock connection or similar measures. On the other hand, by the diagnosis of whether a component is connected, a false connection can be securely prevented.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Durchführung des Verfahrens ein erstes Schalterelement, das mit einem positiven Ausgangsanschluss gekoppeltes ist, verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zweites Schalterelement, das mit einem negativen Ausgangsanschluss gekoppelt ist, verwendet werden. Durch geeignete Wahl der Schalterelemente kann hiermit die Sicherheit des Verfahrens entsprechend erhöht werden. According to one embodiment of the invention, a first switch element which is coupled to a positive output terminal is used to carry out the method. Alternatively or additionally, a second switch element which is coupled to a negative output terminal can also be used. By suitable choice of the switch elements hereby the security of the method can be increased accordingly.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden zwei Schalterelemente verwendet. So kann das zumindest eine zu schließende Schalterelement besonders vorteilhaft ein in einem Vorlade-Schaltungszweig der Batterie angeordnetes Schalterelement aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine zu schließende Schalterelement ferner ein in einem Referenzspannungszeig der Batterie angeordnetes Schalterelement umfassen. According to a particularly preferred embodiment, two switch elements are used. Thus, the at least one switch element to be closed can particularly advantageously have a switch element arranged in a precharge circuit branch of the battery. Alternatively or additionally, the at least one switch element to be closed may further comprise a switch element arranged in a reference voltage indicator of the battery.

Damit werden zumeist schon herkömmlich vorhandene Schalterelemente mit Vorteil für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt.This usually conventionally existing switch elements are used with advantage for the inventive method.

Die Länge der definierten Zeitdauer kann anhand der Größe der Zwischenkreiskapazität und/oder der Größe von zur Ermittlung der Messspannung verwendeten Messwiderstände gewählt werden.The length of the defined period of time can be selected based on the size of the DC link capacitance and / or the size of the measuring resistors used to determine the measuring voltage.

Bevorzugt wird das Verfahren so angewandt, dass in dem Schritt der Bestimmung einer Spannungsänderung ein Spannungsanstieg festgestellt wird. Damit kann zuverlässig auf die Aufladung beispielsweise eines im Zwischenkreis angeordneten Kondensators geschlossen werden.Preferably, the method is applied so that a voltage increase is detected in the step of determining a voltage change. This can be reliably concluded on the charge, for example, a capacitor arranged in the intermediate circuit.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Bestimmung der Spannungsänderung ein Vergleich eines nach Ablauf der definierten Zeitdauer gemessenen zweiten Wertes der Messspannung mit einem vor dem Schließen des Schalterelements gemessenen ersten Wert der Messspannung vorgenommen. In one embodiment of the invention, to determine the voltage change, a comparison of a second value of the measurement voltage measured after the defined time duration has been carried out with a first value of the measurement voltage measured before the closing of the switch element.

Es kann aber auch ein bereits während der definierten Zeitdauer auftretender Spannungsanstieg festgestellt werden. Mit anderen Worten, es wird bei manchen Ausführungsformen ein Spannungsanstieg festgestellt, bevor das zu schließende Schalterelement wieder geöffnet wurde. Dadurch kann eine besonders hohe Flexibilität erreicht werden. However, it is also possible to detect a voltage increase that has already occurred during the defined period of time. In other words, in some embodiments, a voltage increase is detected before the switch element to be closed has been reopened. This allows a particularly high flexibility can be achieved.

Bevorzugt kann ein Alarmsignal ausgegeben werden, falls entschieden wurde, dass die Zwischenkreiskapazität nicht ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist. Preferably, an alarm signal may be issued if it has been decided that the DC link capacitance is not properly connected to the battery.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Ausgangsanschlüsse einen positiven Ausgangsanschluss und einen negativen Ausgangsanschluss umfassen. Ferner kann die Batterie eine Schaltung zu Spannungsmessung aufweisen, die einen positiven Messschaltungszweig zur Bestimmung eines an dem positiven Ausgangsanschluss vorliegenden elektrischen Potentials und einen negativen Messschaltungszweig zur Bestimmung eines an dem negativen Ausgangsanschluss vorliegenden elektrischen Potentials aufweist. Ferner kann die Batterie einen insbesondere im dem positiven Messschaltungszweig oder dem negativen Messschaltungszweig parallelgeschalten und eine Referenzspannungsquelle und einen Referenzwiderstand umfassenden Referenzspannungszweig aufweisen.In one embodiment of the invention, the output terminals may include a positive output terminal and a negative output terminal. Furthermore, the battery may have a circuit for voltage measurement, which has a positive measuring circuit branch for determining an electrical potential present at the positive output terminal and a negative measuring circuit branch for determining an electrical potential present at the negative output terminal. Furthermore, the battery can have a reference voltage branch, in particular in parallel in the positive measuring circuit branch or the negative measuring circuit branch and comprising a reference voltage source and a reference resistor.

Die erfindungsgemäße Batterie ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie. Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor zur Verfügung gestellt, das die erfindungsgemäße Batterie aufweist, wobei die Batterie mit einem Antriebsstrang des Elektromotors verbunden ist. The battery according to the invention is preferably a lithium-ion battery. According to one aspect of the invention, a motor vehicle with an electric motor is provided which has the battery according to the invention, wherein the battery is connected to a drive train of the electric motor.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems, das Schütze zum Entkoppeln der Ausgangsanschlüsse einer Batterie, eine Vorladeschaltung, und eine Zwischenkreiskreiskapazität aufweist, nach dem Stand der Technik, 1 1 is a schematic diagram of a battery system having contactors for decoupling the output terminals of a battery, a precharge circuit, and an intermediate circuit capacity, according to the prior art;

2 ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems, das ferner mit einer Interlock-Schaltung versehen ist, nach dem Stand der Technik, 2 3 shows a schematic circuit diagram of a battery system, which is further provided with an interlock circuit, according to the prior art,

3 ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems, das ferner mit einer Diagnoseschaltung zur Bestimmung von Messspannungen ausgestattet ist, nach einer Ausführungsform der Erfindung, und 3 a schematic diagram of a battery system, which is further equipped with a diagnostic circuit for the determination of measured voltages, according to an embodiment of the invention, and

4 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das den Verlauf eines Spannungsanstiegs einer Messspannung während des geschlossenen Zustands eines erfindungsgemäßen Schalterelementes zeigt, nach einer Ausführungsform der Erfindung. 4 a voltage-time diagram showing the course of a voltage increase of a measuring voltage during the closed state of a switch element according to the invention, according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 3 wird ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 30 nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Batteriesystem 30 weist mehre Batteriezellen 40 auf, die in einem Batteriepack miteinander verschaltet sind und eine Batteriespannung UPack liefern. Wie in der 3 gezeigt wird, wird die Batteriespannung UPack über einen positiven Schaltungszweig 41 und einem negativen Schaltungszweig 42 einem positiven Batterieterminal beziehungsweise einem positiven Ausgangsanschluss 25 und einem negativen Batterieterminal beziehungsweise einem negativen Ausgangsanschluss 26 zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel in 3 sind die Ausgangsanschlüsse 25, 26 in einem batterieseitigem Teil eines Hochvoltsteckers angeordnet, der die Anschlussklemmen 16 und 17 aufweist. Über diesen Hochvoltstecker kann der Zwischenkreis 12, der hier als Gleichspannungszwischenkreis ausgeführt ist, mit der Batterie verbunden werden. Mit anderen Worten, der Zwischenkreis 12 kann durch Öffnen des Hochvoltsteckers beziehungsweise durch Öffnen der Anschlussklemmen 16 und 17 von der Batterie getrennt werden, so dass die Anschlussklemmen 16 und 17 offen sind und die Batteriespannung UPack, die beispielsweise mehrere hundert Volt betragen kann, offen an den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 anliegt. In the 3 is a block diagram of a battery system according to the invention 30 shown according to a particular embodiment of the invention. The battery system 30 has several battery cells 40 which are interconnected in a battery pack and supply a battery voltage U pack . Like in the 3 is shown, the battery voltage U pack via a positive circuit branch 41 and a negative circuit branch 42 a positive battery terminal or a positive output terminal 25 and a negative battery terminal or a negative output terminal 26 fed. In the embodiment in 3 are the output terminals 25 . 26 arranged in a battery-side part of a high-voltage connector, the terminals 16 and 17 having. About this Hochvoltstecker the DC link 12 , which is designed here as DC voltage intermediate circuit, to be connected to the battery. In other words, the DC link 12 can be opened by opening the high-voltage plug or by opening the terminals 16 and 17 be disconnected from the battery so that the terminals 16 and 17 are open and the battery voltage U Pack , which may for example be several hundred volts, open at the output terminals 25 and 26 is applied.

Dies kann eine Gefährdung beispielsweise für Wartungspersonal bedeuten. Ferner ist ein Fehlerfall denkbar, bei dem eine Anschlussleitung zwischen den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 durchtrennt ist. Ferner ist auch ein Fehlerfall denkbar, bei dem der Hochvoltstecker mit den Anschlussklemmen 16 und 17 zwar geschlossen ist, jedoch die Zwischenkreiskapazität 11, hier ein Glättungskondensator, fehlt, so dass eine ordnungsgemäße Funktion des Batteriesystems 30 nicht gewährleistet ist und insbesondere auch eine angeschlossene Verbraucher-Komponente (in der Zeichnung nicht dargestellt) Schaden leiden kann. This can pose a threat to maintenance personnel, for example. Furthermore, an error situation is conceivable in which a connecting line between the output terminals 25 and 26 is severed. Furthermore, a fault is conceivable in which the high-voltage connector with the terminals 16 and 17 Although closed, but the DC link capacity 11 , here a smoothing capacitor, is missing, allowing proper functioning of the battery system 30 is not guaranteed and in particular a connected consumer component (not shown in the drawing) may suffer damage.

Um einen Fehlerfall und die Gefährdung durch Hochspannung zu vermeiden, muss das Batteriesystem 30 erkennen, ob ein Fehlerfall vorliegt. In order to avoid a fault and the risk of high voltage, the battery system must 30 recognize whether an error has occurred.

Ein Hochvoltsystem, wie das in 3 dargestellte Batteriesystem 30, verfügt ferner aus Sicherheitsgründen über zwischengeschaltete Schalterelemente 14, 15, hier zwei Hochvoltschalter. Ferner ist, wie in der 3 gezeigt, eine Schaltung zur Spannungsmessung integriert. Über die Messwiderstände 32 und 33 sowie die Widerstände 34 und 35 kann die an den Hochvoltanschlüssen beziehungsweise den Ausgangsanschlüssen 25, 26 anliegende Spannung gemessen werden. Hierzu sind ferner noch zusätzliche Schaltungsteile, wie das Schalterelement 37 und der Widerstand 38 vorhanden, die für Diagnosen verwendet werden. Die Messwiderstände 32 und 33 sind zwischen den positiven Schaltungszweig 41 der Batterie und Masse 39 geschaltet, und die Messwiderstände 34 und 35 sind zwischen den negativen Schaltungszweig 42 und Masse 39 geschaltet. Das Batteriesystem 30 verfügt in der hier gezeigten Ausführungsform ferner auch über eine Spannungsquelle 36 zur Erzeugung einer Referenzspannung Uref.A high-voltage system, like the one in 3 illustrated battery system 30 , Further, for safety reasons, has interposed switch elements 14 . 15 , here two high-voltage switches. Furthermore, as in the 3 shown integrated a voltage measurement circuit. About the measuring resistors 32 and 33 as well as the resistors 34 and 35 Can the at high voltage terminals or output terminals 25 . 26 voltage to be measured. For this purpose, further additional circuit parts, such as the switch element 37 and the resistance 38 available for diagnoses be used. The measuring resistors 32 and 33 are between the positive circuit branch 41 the battery and ground 39 switched, and the measuring resistors 34 and 35 are between the negative circuit branch 42 and mass 39 connected. The battery system 30 also has a voltage source in the embodiment shown here 36 for generating a reference voltage U ref .

Damit kann eine Bestimmung von batterieinternen Messspannungen Ulink_pos und Ulink_neg, die ein Maß für die an den Ausgangsanschlüssen 25 und 26 anliegende Spannung U sind, erfolgen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese besondere Ausführungsform beschränkt. So kann die Spannung U an den Ausgangsanschlüssen 25, 26 auch auf eine andere geeignete Art und Weise bestimmt werden. This can be a determination of battery internal voltages U link_pos and U link_neg , which is a measure of the at the output terminals 25 and 26 voltage applied U are made. The invention is not limited to this particular embodiment. So can the voltage U at the output terminals 25 . 26 be determined in another appropriate way.

Eine Aufladung der Zwischenkreiskapazität 11 erfolgt über die Vorladeschaltung mit einem weiteren Schalterelement 13, hier ein Vorladeschütz, und einem Vorladewiderstand 18.A charging of the DC link capacity 11 takes place via the precharge circuit with a further switch element 13 , here a pre-charge contactor, and a pre-charge resistor 18 ,

Erfindungsgemäß geschieht eine Diagnose der Ausgangsanschlüsse 25, 26 durch Spannungsmessungen, mit denen festgestellt werden kann, ob die Zwischenkreiskapazität 11 ordnungsgemäß angeschlossen ist oder nicht. Dabei wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren keine zusätzliche Leitung, insbesondere nicht eine sogenannte Interlock Leitung, und keine HVIL-Schleife, benötigt. Dadurch können das Batteriesystem erheblich einfacher gestaltet werden und Kosten eingespart werden. According to the invention, a diagnosis of the output terminals 25 . 26 by voltage measurements, which can be used to determine whether the DC link capacitance 11 is properly connected or not. In this case, in the method according to the invention no additional line, in particular not a so-called interlock line, and no HVIL loop needed. As a result, the battery system can be made considerably simpler and costs can be saved.

In einem ersten Schritt des Verfahrens werden einer oder mehrere Schalterelemente für eine definierte beziehungsweise vorbestimmte Zeitdauer geschlossen, so dass ein Stromkreis geschlossen wird, in dem die Batteriezellen 40 und die Zwischenkreiskapazität 11 angeordnet sind. Gemäß der hier diskutierten Ausführungsform werden dazu das Schalterelement 13, das als Vorladeschütz fungiert, sowie das Schalterelement 37, das in dem Referenzspannungszweig angeordnet ist, geschlossen. In a first step of the method, one or more switch elements are closed for a defined or predetermined period of time, so that a circuit is closed, in which the battery cells 40 and the DC link capacity 11 are arranged. According to the embodiment discussed here, the switch element will do so 13 , which acts as a pre-charging contactor, as well as the switch element 37 closed in the reference voltage branch.

Hierdurch lädt sich der als Zwischenkreiskapazität 11 fungierende Kondensator über den Vorladewiderstand 18, über die Widerstände 34, 35, 38, und über den Innenwiderstand der Spannungsquelle 36 gemäß e1/τ auf, wobei mit τ die Zeitkonstante der Schaltung bezeichnet wird.As a result, it loads as a DC link capacity 11 functioning capacitor via the pre-charge resistor 18 , about the resistances 34 . 35 . 38 , and about the internal resistance of the voltage source 36 according to e 1 / τ , where τ is the time constant of the circuit.

Das Schließen des Schalterelements 37 und damit die Zuschaltung des Widerstands 38 und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle 36 ist für das Verfahren nicht zwingend erforderlich, es beschleunigt jedoch die Aufladung des als Zwischenkreiskapazität 11 fungierenden Kondensators. Für die hier gezeigte Ausführungsform und das damit durchgeführte Verfahren ist es also auch möglich, dass die Spannungsquelle 36, das Schalterelement 37 und der Widerstand 38 nicht vorhanden sind.Closing the switch element 37 and thus the connection of the resistance 38 and the internal resistance of the voltage source 36 is not absolutely necessary for the process, but it speeds up the charging of the DC link capacitance 11 acting capacitor. For the embodiment shown here and the method performed thereby, it is also possible that the voltage source 36 , the switch element 37 and the resistance 38 are not available.

Nach Öffnen des Schalterelements 13, das heißt des Vorladeschützes kann eine höhere Spannung am Kondensator beziehungsweise der Zwischenkreiskapazität 11 und damit zwischen den Ausgangsanschlüssen 25, 26 nachgewiesen werden.After opening the switch element 13 that is, the pre-charging contactor can have a higher voltage at the capacitor or the DC link capacitance 11 and thus between the output terminals 25 . 26 be detected.

Die Messwiderstände 32, 33, 34, 35 liegen üblicherweise im Bereich mehrerer hundert kΩ. Der daraus resultierende Strom ist daher so gering, dass in der erwarteten Expositionszeit keine Gefahr für den Mensch besteht.The measuring resistors 32 . 33 . 34 . 35 usually lie in the range of several hundred kΩ. The resulting current is therefore so low that there is no danger to humans in the expected exposure time.

Die Zeitdauer, für die das Vorladeschütz beziehungsweise das Schalterelement 13 geschaltet werden muss, richtet sich hier im Wesentlichen nach der Größe der Zwischenkreiskapazität und der Größe der Messwiderstände 34 und 35. Üblicherweise werden Zwischenkreiskapazitäten im Bereich von 500 μF bis 1500 μF eingesetzt.The period of time for which the pre-charging contactor or the switch element 13 must be switched, depends essentially on the size of the DC link capacitance and the size of the measuring resistors 34 and 35 , Usually, DC link capacitances in the range of 500 μF to 1500 μF are used.

Erfindungsgemäß kann eine Spannungsänderung an der Zwischenkreiskapazität 11 angenommen werden, wenn sie das Signalrauschen übersteigt. According to the invention, a voltage change at the DC link capacitance 11 when it exceeds the signal noise.

Der Spannungsanstieg kann für kleine Spannungsänderungen als linear angenommen werden. Dies zeigt anschaulich das in 4 dargestellte Diagramm, wobei in der 4 ein Spannungs-Zeit-Diagramm gezeigt wird, das den Verlauf eines Anstiegs einer erfindungsgemäßen Messspannung U während des geschlossenen Zustands eines erfindungsgemäßen Schalterelementes 13 und 37, wenn vorhanden, zeigt. The voltage increase can be assumed to be linear for small voltage changes. This vividly shows that in 4 illustrated diagram, wherein in the 4 a voltage-time diagram is shown which shows the course of an increase of a measurement voltage U according to the invention during the closed state of a switch element according to the invention 13 and 37 , if available, shows.

Dabei ist die Erfindung nicht auf ein Schließen eines Vorladeschützes beschränkt. So gibt es auch Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen während der definierten Zeitdauer ein Hauptschütz, beispielsweise das Schalterelement 14, geschlossen wird. The invention is not limited to closing a Vorladeschützes. Thus, there are also embodiments of the invention in which during the defined period of time, a main contactor, for example, the switch element 14 , is closed.

In einer beispielhaften Anwendung wird mit etwa mit 1,1 V/s gemessen. Damit kann bereits nach etwa 500 ms eine angeschlossene Zwischenkreiskomponente mit Zwischenkreiskapazität 11 erkannt werden.In an exemplary application, measurement is at about 1.1 V / s. This means that a connected DC link component with DC link capacitance can already be activated after approx. 500 ms 11 be recognized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010054211 A1 [0008] DE 102010054211 A1 [0008]

Claims (9)

Verfahren zur Diagnose von Ausgangsanschlüssen (25, 26) einer Batterie, die eine oder mehrere Batteriezellen (40) zum Bereitstellen einer Batteriespannung (UPack) und zumindest ein Schalterelement (13, 14, 15, 37) zum Verbinden der Batteriezellen (40) mit den Ausgangsanschlüssen (25, 26) aufweist, wobei die Batterie dazu eingerichtet ist, über die Ausgangsanschlüsse (25, 26) mit einer Zwischenkreiskapazität (11) verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schalterelement (13, 14, 15) für eine definierte Zeitdauer geschlossen wird, bestimmt wird, ob das Schließen des zumindest einen Schalterelements (13, 14, 15, 37) für eine definierte Zeitdauer eine Spannungsänderung einer Messspannung (U, Ulink_pos, Ulink_neg), die an den Ausgangsanschlüssen (25, 26) anliegt, zur Folge hat, und entschieden wird, dass die Zwischenkreiskapazität (11) ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist, falls eine Spannungsänderung der Messspannung (U, Ulink_pos, Ulink_neg) festgestellt wurde, und/oder entschieden wird, dass die Zwischenkreiskapazität (11) nicht ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist, falls der ermittelte Spannungsanstieg einen vorbestimmten Schwellenwert oder ein Signalrauschen nicht überschreitet.Method for diagnosing output connections ( 25 . 26 ) of a battery containing one or more battery cells ( 40 ) for providing a battery voltage (U pack ) and at least one switch element ( 13 . 14 . 15 . 37 ) for connecting the battery cells ( 40 ) with the output terminals ( 25 . 26 ), the battery being arranged to be connected via the output terminals ( 25 . 26 ) with a DC link capacity ( 11 ), characterized in that the at least one switch element ( 13 . 14 . 15 ) is closed for a defined period of time, it is determined whether the closing of the at least one switch element ( 13 . 14 . 15 . 37 ) for a defined period of time, a voltage change of a measuring voltage (U, U link_pos , U link_neg ), which at the output terminals ( 25 . 26 ), and it is decided that the DC link capacitance ( 11 ) is properly connected to the battery, if a voltage change of the measuring voltage (U, U link_pos , U link_neg ) has been detected, and / or it is decided that the DC link capacitance ( 11 ) is not properly connected to the battery if the detected voltage increase does not exceed a predetermined threshold or signal noise. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein erstes Schalterelement (13, 14), das mit einem positiven Ausgangsanschluss (25) gekoppeltes ist, und/oder ein zweites Schalterelement (15, 37), das mit einem negativen Ausgangsanschluss (26) gekoppelt ist, verwendet werden.Method according to Claim 1, in which a first switch element ( 13 . 14 ) connected to a positive output terminal ( 25 ) is coupled, and / or a second switch element ( 15 . 37 ) connected to a negative output terminal ( 26 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest eine zu schließende Schalterelement (13, 14, 15, 37) ein in einem Vorlade- Schaltungszweig der Batterie angeordnetes Schalterelement (13) und/oder ein in einem Referenzspannungszeig der Batterie angeordnetes Schalterelement (37) umfasst. Method according to claim 1 or 2, wherein the at least one switch element to be closed ( 13 . 14 . 15 . 37 ) a switch element arranged in a precharge circuit branch of the battery ( 13 ) and / or a switch element arranged in a reference voltage indication of the battery ( 37 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der definierten Zeitdauer anhand der Größe der Zwischenkreiskapazität (11) und/oder der Größe von zur Ermittlung der Messspannung (Ulink_pos, Ulink_neg) verwendeten Messwiderständen (34, 35, 38) gewählt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the length of the defined period of time on the basis of the size of the DC link capacitance ( 11 ) and / or the size of measuring resistors used to determine the measuring voltage (U link_pos , U link_neg ) ( 34 . 35 . 38 ) is selected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Schritt der Bestimmung einer Spannungsänderung ein Spannungsanstieg festgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in the step of determining a voltage change, a voltage increase is detected. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Bestimmung der Spannungsänderung ein Vergleich eines nach Ablauf der definierten Zeitdauer gemessenen zweiten Wertes der Messspannung (U, Ulink_pos, Ulink_neg) mit einem vor dem Schließen des Schalterelements (13, 14, 15, 37) gemessenen ersten Wert der Messspannung (Ulink_pos, Ulink_neg) vorgenommen wird und/oder ein während der definierten Zeitdauer auftretender Spannungsanstieg festgestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Alarmsignal ausgegeben wird, falls entschieden wurde, dass die Zwischenkreiskapazität (11) nicht ordnungsgemäß mit der Batterie verbunden ist.Method according to claim 5, wherein for the determination of the voltage change a comparison of a second value of the measuring voltage (U, U link_pos , U link_neg ) measured after the defined period of time has elapsed with one before the closing of the switch element ( 13 . 14 . 15 . 37 ) measured first value of the measuring voltage (U link_pos , U link_neg ) is performed and / or a voltage increase occurring during the defined period of time is determined. Method according to one of the preceding claims, wherein an alarm signal is output, if it has been decided that the DC link capacitance ( 11 ) is not properly connected to the battery. Batteriesystem (30), dass eine Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen (40), insbesondere eine Hochvolt-Batterie, und zumindest ein zwischen den Batteriezellen (40) und Ausgangsanschlüssen (25, 26) der Batterie geschaltetes Schalterelement (13, 14, 15, 37) aufweist, wobei die Batterie dazu eingerichtet ist, über die Ausgangsanschlüsse (25, 26) mit einer in einem Zwischenkreis (12) angeordneten Zwischenkreiskapazität (11) verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (30) eine Steuereinrichtung, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Batterie derart zu steuern, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchgeführt wird. Battery system ( 30 ) that a battery with one or more battery cells ( 40 ), in particular a high-voltage battery, and at least one between the battery cells ( 40 ) and output terminals ( 25 . 26 ) the battery switched switch element ( 13 . 14 . 15 . 37 ), the battery being arranged to be connected via the output terminals ( 25 . 26 ) with one in a DC link ( 12 ) arranged DC link capacitance ( 11 ), characterized in that the battery system ( 30 ) has a control device, in particular a battery management system, which is adapted to control the battery such that the method according to one of claims 1 to 7 is performed. Batteriesystem (30) nach Anspruch 8, wobei die Ausgangsanschlüsse (25, 26) einen positiven Ausgangsanschluss (25) und einen negativen Ausgangsanschluss (26) umfassen und die Batterie eine Schaltung zu Spannungsmessung aufweist, die einen positiven Messschaltungszweig zur Bestimmung eines an dem positiven Ausgangsanschluss (25) vorliegenden elektrischen Potentials und einen negativen Messschaltungszweig zur Bestimmung eines an dem negativen Ausgangsanschluss (26) vorliegenden elektrischen Potentials und/oder einen insbesondere im dem positiven Messschaltungszweig oder dem negativen Messschaltungszweig parallelgeschalten und eine Referenzspannungsquelle (36) und einen Referenzwiderstand (38) umfassenden Referenzspannungszweig aufweist.Battery system ( 30 ) according to claim 8, wherein the output terminals ( 25 . 26 ) a positive output terminal ( 25 ) and a negative output terminal ( 26 ) and the battery has a voltage measurement circuit having a positive sense circuit branch for determining a positive output terminal 25 ) and a negative measuring circuit branch for determining one at the negative output terminal ( 26 ) present electrical potential and / or one in particular in the positive measuring circuit branch or the negative measuring circuit branch in parallel and a reference voltage source ( 36 ) and a reference resistor ( 38 ) comprises comprehensive reference voltage branch. Kraftfahrzeug, das einen Elektromotor und ein Batteriesystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9 zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie umfasst. Motor vehicle comprising an electric motor and a battery system according to one of claims 8 or 9 for supplying electric power to the electric motor.
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