DE102019216007A1

DE102019216007A1 - Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019216007A1
Application number: DE102019216007.7A
Authority: DE
Inventors: Cornelius LIEBENOW; Tobias Bach; Bernd Heppner; Christian WILHELM
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Batteriemodul (5) zur Speicherung von elektrischer Energie, und eine Regeleinheit (30), welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul (5) geschaltet ist, so dass die Regeleinheit (30) von einem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls (5) durchfließbar ist. Die Regeleinheit (30) ist dazu eingerichtet, den durch die Regeleinheit (30) fließenden Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls zu begrenzen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (10), wobei die Regeleinheit (30) derart angesteuert wird, dass der durch die Regeleinheit (30) fließende Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls begrenzt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem (10) umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen negativen Pol, einen positiven Pol, ein Batteriemodul zur Speicherung von elektrischer Energie und eine Regeleinheit, welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul geschaltet ist, so dass die Regeleinheit von einem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls durchfließbar ist, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Stand der Technik
Konventionelle Kraftfahrzeuge weisen einen Antrieb auf, welcher üblicherweise einen Verbrennungsmotor umfasst. Ferner umfassen konventionelle Kraftfahrzeuge ein Batteriesystem zur Versorgung eines Anlassers und weiterer Verbraucher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie sowie einen Generator zum Laden des Batteriesystems. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst ein Batteriemodul mit mindestens einer, vorzugsweise mit mehreren Batteriezellen, die beispielsweise seriell verschaltet sind, so dass das Batteriemodul eine Nominalspannung von beispielsweise 12 V aufweist. Bei den besagten Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um Lithium- lonen-Batteriezellen.
Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst auch eine Schaltvorrichtung, mittels welcher das Batteriemodul zugeschaltet, also mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden, sowie abgeschaltet, also von dem Bordnetz getrennt werden kann. Wenn das Batteriemodul zugeschaltet ist, so liegt zwischen einem positiven Pol und einem negativen Pol des Batteriesystems die besagte, von den Batteriezellen gelieferte Nominalspannung an.
Aufgrund chemischer Eigenschaften von Lithium- lonen-Batteriezellen darf ein derartiges Batteriesystem unter bestimmten Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise tiefer Temperatur, nicht geladen werden. Andernfalls könnten die Batteriezellen durch Lithiumplating beschädigt werden. Bei Verwendung eines derartigen Batteriesystems in einem Fahrzeugbordnetz, welches nicht speziell auf die Verwendung von Lithium- lonen-Batteriezellen ausgelegt ist, muss die Batterie dann vom Bordnetz abgetrennt werden, um ein Laden des Batteriesystems durch den Generator zu vermeiden.
Aufgrund langsamer Regelzeiten des Generators im Fahrzeugbordnetz führen schnelle Laständerungen bei fehlender Pufferung durch ein Batteriesystem zu hohen transienten Überspannungen. Diese Überspannungen, welche auch als Load Dumps bezeichnet werden, können zu Fehlfunktionen und sogar zu Beschädigungen anderer Komponenten im Fahrzeugbordnetz führen. Ein Load Dump ist beispielsweise eine Spannung von 32 V, die für eine Dauer von 300 ms anliegt.
Aus dem Dokument DE 10 2013 204 527 A1 ist eine Batteriezelleinrichtung mit einer Lithium-Ionen-Batteriezelle bekannt. Die Batteriezelleinrichtung weist eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Batteriezelle auf, welche eine Sensorvorrichtung und eine Zustandsermittlungsvorrichtung umfasst. Dabei wird eine Lithiumablagerungssicherheitsfunktion bereitgestellt, mittels der ein kritischer Batteriezellzustand, in dem die Batteriezelle durch eine Lithiumablagerung auf der Batteriezellanode beschädigt werden kann, ermittelt werden kann, und die Batteriezelle in einen als sicheren Betriebsmodus ausgelegten Lithiumablagerungsbetriebsmodus, in dem die Batteriezelle keine Spannung an Ausgangsterminals der Batteriezelleinrichtung abgibt, überführt werden kann.
Das Dokument US 2014/0260233 A1 offenbart ein Aktorsystem zur Federung eines Fahrzeugs. Dabei ist ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, welcher beispielsweise als Lithium- Ionen-Batterie ausgestaltet ist. Der Energiespeicher ist dazu vorgesehen, regenerative elektrische Energie, die im Betrieb des Aktorsystems erzeugt wird, aufzunehmen. Dadurch können Spannungsspitzen von dem elektrischen System des Fahrzeugs isoliert werden.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst einen negativen Pol und einen positiven Pol und ein Batteriemodul zur Speicherung von elektrischer Energie. Das Batteriemodul weist beispielsweise mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen auf, welche seriell verschaltet sind. Das Batteriemodul liefert eine Nominalspannung von beispielsweise 12 V.
Das Batteriesystem umfasst ferner eine Regeleinheit, welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul geschaltet ist. Die Regeleinheit kann somit von einem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls durchflossen werden. Wenn ein Ladestrom durch die Regeleinheit fließt, so wird einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrische Energie entnommen. Dadurch kann eine Überspannung in dem Bordnetz gezielt reduziert werden.
Erfindungsgemäß ist die Regeleinheit dazu eingerichtet, den durch die Regeleinheit fließenden Ladestrom in seinem Wert einzustellen und zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls zu begrenzen. Vorzugsweise ist die Dauer des Ladeinterwalls kleiner oder gleich 1 s. Besonderes vorzugsweise ist die Dauer des Ladeinterwalls kleiner oder gleich 500 ms.
Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, dass Lithiumplating vermieden werden kann, wenn die Lithium- lonen-Batteriezellen des Batteriesystems nur für die Dauer von verhältnismäßig kurzen Ladeinterwallen geladen werden, wenn also der Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines entsprechend kurzen Ladeinterwalls begrenzt wird.
Die Regeleinheit des Batteriesystems ist beispielsweise von einem Managementsystem ansteuerbar. Bevorzugt erfolgt eine entsprechende Ansteuerung der Regeleinheit nur, wenn eine Temperatur der Lithium- lonen-Batteriezellen eine vorgegebene Minimaltemperatur unterschreitet. Bei einer höheren Temperatur kann der Ladestrom dauerhaft fließen, eine zeitliche Begrenzung des Ladestroms ist nicht erforderlich.
Vorzugsweise wird dabei nur der Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls zeitlich begrenzt. Ein Entladestrom zum Entladen des Batteriemoduls und zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in dem Kraftfahrzeug wird nicht zeitlich begrenzt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Regeleinheit einen Vorwiderstand. Der Vorwiderstand ist elektrisch seriell zu dem Batteriemodul geschaltet. Der Vorwiderstand kann somit von dem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls durchflossen werden. In dem Vorwiderstand wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Ferner wird der Ladestrom durch den Vorwiderstand begrenzt. Durch schnelles Ein- und Ausschalten des Ladestromes durch den Lastwiderstand kann eine Überspannung im Bordnetz gezielt reduziert werden, indem das Verhältnis von Ein- und Ausschaltzeit variiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Regeleinheit einen Tiefsetzsteller. Ein Tiefsetzsteller, welcher auch als „Buck Converter“ bezeichnet wird, gestattet, mit verhältnismäßig geringer Verlustleistung einen gewünschten Ladestrom einzustellen. Durch das exakte Einstellen des Ladestromes kann eine Überspannung im Bordnetz gezielt reduziert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Regeleinheit einen Regelschalter. Der Regelschalter ist dabei als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt ist. Der Regelschalter kann im linearen Bereich soweit aufgesteuert werden, bis der gewünschte Strom- / Spannungswert erreicht wird. Die lineare Ansteuerung kann beispielsweise mit einer Active- Clamping-Schaltung umgesetzt werden. Dazu umfasst die Regeleinheit auch eine Regeldiode, welche mit einem GATE-Anschluss und einem DRAIN-Anschluss des Regelschalters elektrisch verbunden ist. Bei der Regeldiode handelt es sich vorzugsweise um eine Zenerdiode.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Regeleinheit einen Schalttransistor und einen Vorwiderstand. Der Schalttransistor ist dabei als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt. Der Schalttransistor kann fest ein- oder ausgeschaltet werden. Bei eingeschaltetem Schalter fließt ein Strom vom positiven Pol des Batteriesystems über den Schalttransistor und den Vorwiderstand zum positiven Terminal des Batteriemoduls, unter Umgehung der Schalteinheit. Durch schnelles Ein- und Ausschalten des Schalttransistors kann eine Überspannung im Bordnetz gezielt reduziert werden, indem das Verhältnis von Ein- und Ausschaltzeit variiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Batteriesystem ferner eine Choppereinheit. Die Choppereinheit weist einen Chopperschalter und einen Chopperwiderstand auf. Die Choppereinheit ist elektrisch derart zwischen dem negativen Pol und dem positiven Pol des Batteriesystems angeordnet, dass bei geschlossenem Chopperschalter ein Chopperstrom unter Umgehung des Batteriemoduls durch den Chopperwiderstand fließt. In dem Chopperwiderstand wird dabei elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Durch schnelles Ein- und Ausschalten des Stromes durch den Chopperwiderstand kann eine Überspannung im Bordnetz gezielt reduziert werden, indem das Verhältnis von Ein- und Ausschaltzeit variiert wird.
Vorzugsweise ist der Chopperschalter als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt ist. Vorzugsweise umfasst die Choppereinheit einen Hystereseregler, welcher mit dem GATE-Anschluss, dem DRAIN-Anschluss und dem SOURCE-Anschluss des Chopperschalters elektrisch verbunden ist. Der Hystereseregler bewirkt bei einer Überspannung in dem Bordnetz einen getakteten Betrieb des Chopperschalters, welcher dadurch verhältnismäßig schnell eingeschaltet und ausgeschaltet wird, bis sich ein gewünschter Mittelwert der Bordnetzspannung einstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Batteriesystem ferner eine Schalteinheit, welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul und elektrisch parallel zu der Regeleinheit geschaltet ist. Mittels der Schalteinheit kann das Batteriemodul mit den beiden Polen elektrisch verbunden werden sowie von mindestens einem der Pole elektrisch getrennt werden. Vorteilhaft ist die Schalteinheit derart ausgestaltet, dass ein Strom zum Laden des Batteriemoduls und ein Strom zum Entladen des Batteriemoduls unabhängig voneinander ermöglicht oder verhindert werden können.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems vorgeschlagen. Dabei wird die Regeleinheit derart angesteuert, dass der durch die Regeleinheit fließende Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls begrenzt wird. Vorzugsweise ist die Dauer des Ladeinterwalls kleiner oder gleich 1 s. Besonderes vorzugsweise ist die Dauer des Ladeinterwalls kleiner oder gleich 500 ms. Dadurch kann eine Überspannung in dem Bordnetz gezielt reduziert und Lithiumplating in den Lithium-Ionen-Batteriezellen vermieden werden.
Vorzugsweise wird dabei nur der Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls zeitlich begrenzt. Ein Entladestrom zum Entladen des Batteriemoduls und zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in dem Kraftfahrzeug wird nicht zeitlich begrenzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Regeleinheit derart angesteuert, dass unmittelbar nach dem Ladeinterwall für die Dauer eines vorgegebenen Ruheinterwalls ein durch die Regeleinheit fließender Ladestrom verhindert ist. Dabei ist das Ruheinterwall größer ist als das Ladeinterwall. Vorzugsweise ist die Dauer des Ruheinterwalls größer oder gleich 30 s. Besonderes vorzugsweise ist die Dauer des Ruheinterwalls größer oder gleich 60s.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Batteriesystem eine Choppereinheit, welche einen Chopperschalter und einen Chopperwiderstand aufweist. Dabei wird der Chopperschalter derart angesteuert, dass ein Chopperstrom unter Umgehung des Batteriemoduls durch den Chopperwiderstand fließt. In dem Chopperwiderstand wird dabei elektrische Energie in Wärme umgewandelt, und eine Überspannung in dem Bordnetz wird weiter reduziert.
Bevorzugt wird der Chopperschalter getaktet angesteuert. Im getakteten Betrieb wird der Chopperschalter verhältnismäßig schnell eingeschaltet und ausgeschaltet, und es stellt sich bei einer Überspannung in dem Bordnetz ein gewünschter Mittelwert der Bordnetzspannung ein.
Besonders bevorzugt wird der Chopperschalter von einem Hystereseregler angesteuert. Der Hystereseregler bewirkt bei einer Überspannung in dem Bordnetz einen getakteten Betrieb des Chopperschalters, welcher dadurch verhältnismäßig schnell eingeschaltet und ausgeschaltet wird, bis sich ein gewünschter Mittelwert der Bordnetzspannung einstellt.
Vorzugsweise wird der Ladestrom derart eingestellt, dass eine zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol anliegende Bordnetzspannung unter einem vorgegebenen Maximalwert gehalten wird und/oder auf einen Sollwert reduziert wird.
Es wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst dabei mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Batteriesystem gestattet die schnelle Abfuhr von elektrischer Leistung, die durch den Generator erzeugt wird, wodurch transiente Überspannungen im Fahrzeugbordnetz reduziert werden. Wie bereits erwähnt, wurde festgestellt, dass Lithiumplating vermieden werden kann, wenn die Lithium- lonen-Batteriezellen nur für die Dauer von verhältnismäßig kurzen Ladeinterwallen, welcher kleiner als 1 s, vorzugsweise kleiner als 500 ms sind, geladen werden. Lithiumplating wird noch sicherer vermieden, wenn die Dauer eines Ruheinterwalls zwischen zwei Ladeinterwallen deutlich länger ist. Es wird, mit der Regeleinheit, eine aktive Regelung verwendet, welche die Spannung Fahrzeugbordnetz stabilisiert, ohne dass ein Energiespeicher dauerhaft mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden ist. Bei Betriebszuständen, in denen das Batteriesystem nicht geladen werden darf, verbleibt das Batteriesystem trotzdem als stabilisierendes Element im Fahrzeugbordnetz, wird aber nur mit dem minimal benötigten Strom beaufschlagt. Die Verwendung einer separaten Choppereinheit mit einem Chopperwiderstand gestattet eine zusätzliche Abfuhr von elektrischer Leistung, die durch den Generator erzeugt wird. Somit kann mittels der elektronischen Regeleinheit eine Überspannung im Fahrzeugbordnetz wirksam auf einen Maximalwert begrenzt werden, ohne das Batteriesystem zu laden. Die Regeleinheit entnimmt dabei nur so viel Strom aus dem Fahrzeugbordnetz, um die Bordnetzspannung auf einen zulässigen Wert zu begrenzen. Somit wird eine Beschädigung der Lithium- lonen-Batteriezellen durch Lithiumplating vorteilhaft verhindert, und gefährliche Überspannungen im Fahrzeugbordnetz werden vorteilhaft vermieden.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
2 eine schematische Darstellung einer Regeleinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer Regeleinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung einer Regeleinheit gemäß einer dritten Ausführungsform und
5 eine schematische Darstellung einer Choppereinheit.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriesystem 10 umfasst einen negativen Pol 21 und einen positiven Pol 22. Mittels der Pole 21, 22 ist das Batteriesystem 10 elektrisch mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden.
Das Batteriesystem 10 umfasst ein Batteriemodul 5 zur Speicherung von elektrischer Energie. Das Batteriemodul 5 umfasst dabei mehrere Lithium- lonen-Batteriezellen, die seriell und parallel miteinander verschaltetet sind. Das Batteriemodul 5 ist elektrisch zwischen einem positiven Terminal 12 und einem negativen Terminal 11 angeordnet und liefert eine Modulspannung VM von beispielsweise 12 V. Das Batteriemodul 5 weist ferner einen Batterieinnenwiderstand RIB auf.
Das negative Terminal 11 ist mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden. Das negative Terminal 11 und der negative Pol 21 sind elektrisch mit einer Masse des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs verbunden.
Das Batteriesystem 10 weist eine Schalteinheit 60 auf, die elektrisch zwischen das positive Terminal 12 und den positiven Pol 22 geschaltet ist. Die Schalteinheit 60 umfasst einen Ladetransistor 61 und einen Entladetransistor 62. Die beiden Transistoren 61, 62 sind elektrisch antiseriell geschaltet. Die beiden Transistoren 61, 62 sind von einem hier nicht dargestellten Managementsystem ansteuerbar.
Der Ladetransistor 61 als MOSFET ausgeführt und weist eine hier nicht dargestellte Body-Diode oder Inversdiode auf. Der Ladetransistor 61 ist derart angeordnet, dass die Body-Diode für einen Entladestrom leitend ist und einen Ladestrom sperrt. Wenn der Ladetransistor 61 durch entsprechende Ansteuerung aktiviert ist, so ist der Ladetransistor 61 für einen Ladestrom und für einen Entladestrom leitend.
Der Entladetransistor 62 ist als MOSFET ausgeführt und weist eine hier nicht dargestellte Body-Diode oder Inversdiode auf. Der Entladetransistor 62 ist derart angeordnet, dass die Body-Diode für einen Ladestrom leitend ist und einen Entladestrom sperrt. Wenn der Entladetransistor 62 durch entsprechende Ansteuerung aktiviert ist, so ist der Entladetransistor 62 für einen Ladestrom und für einen Entladestrom leitend.
Die Schalteinheit 60 umfasst auch eine erste Klemmdiode 63 und eine zweite Klemmdiode 64. Die beiden Klemmdioden 63, 64 sind elektrisch antiseriell und parallel zu den Transistoren 61, 62 geschaltet. Die Klemmdioden 63, 64 sind als Zenerdioden ausgeführt.
Das Batteriesystem 10 umfasst auch eine Regeleinheit 30, welche elektrisch zwischen das positive Terminal 12 und den positiven Pol 22 geschaltet ist. Die Regeleinheit 30 ist somit elektrisch parallel zu der Schalteinheit 60 und seriell zu dem Batteriemodul 5 geschaltet.
Die Regeleinheit 30 kann also von einem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls 5 durchflossen werden. Die Regeleinheit 30 ist insbesondere dazu eingerichtet, den durch die Regeleinheit 30 fließenden Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls zu begrenzen.
Das Batteriesystem 10 umfasst auch eine Choppereinheit 50. Die Choppereinheit 50 ist elektrisch zwischen dem negativen Pol 21 und dem positiven Pol 22 angeordnet. Durch die Choppereinheit 50 kann ein Chopperstrom unter Umgehung des Batteriemoduls 5 von dem positiven Pol 22 zu dem negativen Pol 21 durch das Batteriesystem 10 fließen.
Das Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst einen Generator G zum Laden des Batteriemoduls 5 des Batteriesystems 10 und zum Versorgen von weiteren Verbrauchern des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Der Generator G liefert eine Generatorspannung VG und weist einen Generatorinnenwiderstand RIG auf. Ferner weist der Generator G eine Generatorinduktivität LG auf. Ebenso weist der Generator G einen Generatorgleichrichter DG auf, welcher beispielswiese mehrere Dioden umfasst. Der Generator G wird von einem Generatorstrom IG durchflossen.
Das Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst weitere Verbraucher, welche hier beispielhaft in Form eines Lastkondensators CL und eines Lastwiderstandes RL dargestellt sind. Die besagten Verbraucher sind mittels eines Lastschalters SL zuschaltbar sowie abschaltbar. Ferner ist eine Leitungsinduktivität LL vorhanden, welche insbesondere durch elektrische Leitungen in dem Kraftfahrzeug gebildet ist. Die Verbraucher des Kraftfahrzeugs werden von einem Laststrom IL durchflossen.
Das Batteriesystem 10 umfasst ferner optional einen Stützkondensator CS. Der Stützkondensator CS ist mit dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 des Batteriesystems 10 elektrisch verbunden. An dem Stützkondensator CS liegt eine Bordnetzspannung VB an. Die besagte Bordnetzspannung VB liegt damit auch zwischen dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 des Batteriesystems 10 an.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Regeleinheit 30 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Regeleinheit 30 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Tiefsetzsteller. Der Tiefsetzsteller weist eine Sperrdiode 31, eine Freilaufdiode 32, einen Eingangskondensator 33, einen Schalttransistor 34 und eine Speicherinduktivität 35 auf. Die Speicherinduktivität 35 besitzt einen DC-Widerstand 36, welcher hier in einer Serienschaltung mit der Speicherinduktivität 35 dargestellt ist.
Der Schalttransistor 34 ist als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt. Der Schalttransistor 34 ist von einem hier nicht dargestellten Managementsystem ansteuerbar. Der Tiefsetzsteller bewirkt, dass von dem positiven Pol 22 ein einstellbarer Strom zu dem positiven Terminal 12 fließen kann, wenn zwischen dem positiven Terminal 12 und der Masse des Bordnetzes eine geringere Spannung anliegt, als zwischen dem positiven Pol 22 und der Masse.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Regeleinheit 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Regeleinheit 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen Schalttransistor 44, welcher als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt ist. Die Regeleinheit 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst ferner einen Eingangskondensator 33 und einen Vorwiderstand 40. Der Vorwiderstand 40 ist derart geschaltet, dass ein Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls 5, welcher von dem positiven Pol 22 durch die Regeleinheit 30 zu dem positiven Terminal 12 fließt, auch durch den Vorwiderstand 40 fließt. Der Eingangskondensator 33 ist derart geschaltet, dass er mit dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21 des Batteriesystems 10 verbunden ist. Ein GATE-Anschluss des Schalttransistors 44 ist mit einer Steuereinheit 45 verbunden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Regeleinheit 30 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Regeleinheit 30 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst einen Regelschalter 41, welcher als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt ist. Die Regeleinheit 30 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst ferner eine Regeldiode 42 und einen Eingangswiderstand 43.
Ein DRAIN-Anschluss des Regelschalters 41 ist mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der Eingangswiderstand 43 der Regeleinheit 30 ist mit einem GATE-Anschluss des Regelschalters 41 elektrisch verbunden. Der Regelschalter 41 ist über den besagten Eingangswiderstand 43 von einem hier nicht dargestellten Managementsystem ansteuerbar.
Die Regeldiode 42 ist als Zenerdiode ausgeführt. Die Regeldiode 42 ist mit dem DRAIN-Anschluss und dem GATE-Anschluss des Regelschalters 41 elektrisch verbunden. An der Regeldiode 42 fällt eine Regelspannung UR ab, welche somit auch zwischen dem DRAIN-Anschluss und dem GATE-Anschluss des Regelschalters 41 anliegt. Die Regelspannung UR beträgt beispielsweise 2,5 V. Zwischen dem GATE-Anschluss und einem SOURCE-Anschluss des Regelschalters 41 fällt eine GATE-SOURCE-Spannung UGS ab. Die GATE-SOURCE-Spannung UGS beträgt beispielsweise 2,5 V.
Die Regeleinheit 30 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst ferner einen Vorwiderstand 40. Der Vorwiderstand 40 ist mit dem SOURCE-Anschluss des Regelschalters 41 und mit dem positiven Terminal 12 elektrisch verbunden. Der Vorwiderstand 40 ist somit derart geschaltet, dass ein Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls 5, welcher von dem positiven Pol 22 durch die Regeleinheit 30 zu dem positiven Terminal 12 fließt, auch durch den Vorwiderstand 40 fließt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Choppereinheit 50. Die Choppereinheit 50 weist einen Chopperschalter 51 und einen Chopperwiderstand 52 auf. Der Chopperschalter 51 ist als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET, ausgeführt.
Der DRAIN-Anschluss des Chopperschalters 51 ist mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der Chopperwiderstand 52 ist mit dem SOURCE-Anschluss des Chopperschalters 51 und mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden.
Die Choppereinheit 50 ist somit derart verschaltet, dass bei geschlossenem Chopperschalter 51 ein Chopperstrom von dem positiven Pol 22 durch den Chopperwiderstand 52 zu dem negativen Pol 21, und damit zu der Masse des Bordnetzes, fließt. Der Chopperstrom fließt insbesondere nicht durch das Batteriemodul 5.
Die Choppereinheit 50 umfasst auch einen Hystereseregler 55. Der Hystereseregler 55 ist mit dem GATE-Anschluss, dem DRAIN-Anschluss und dem SOU RCE-Anschluss des Chopperschalters 51 sowie mit dem negativen Pol 21 und dem negativen Terminal 11 elektrisch verbunden. An dem Hystereseregler 55, und damit zwischen dem DRAIN-Anschluss des Chopperschalters 51und dem negativen Pol 21 liegt die Bordnetzspannung VB an.
Wenn die Bordnetzspannung VB einen Maximalwert von beispielsweise 16 V übersteigt, so schließt der Hystereseregler 55 den Chopperschalter 51. Daraufhin fließt der Chopperstrom durch den Chopperschalter 51 und den Chopperwiderstand 52. Wenn die Bordnetzspannung VB einen Minimalwert von beispielsweise 14 V unterschreitet, so öffnet der Hystereseregler 55 den Chopperschalter 51. Daraufhin wird der Chopperstrom unterbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204527 A1 [0006]
US 2014/0260233 A1 [0007]

Claims

Batteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Batteriemodul (5) zur Speicherung von elektrischer Energie, und eine Regeleinheit (30), welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul (5) geschaltet ist, so dass die Regeleinheit (30) von einem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls (5) durchfließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (30) dazu eingerichtet ist, den durch die Regeleinheit (30) fließenden Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls zu begrenzen.
Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (30) einen Vorwiderstand (40) umfasst, welcher seriell zu dem Batteriemodul (5) geschaltet ist, so dass der Vorwiderstand (40) von dem Ladestrom zum Laden des Batteriemoduls (5) durchfließbar ist.
Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (30) einen Tiefsetzsteller umfasst.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (30) einen Regelschalter (41) umfasst, welcher als Feldeffekttransistor ausgeführt ist, und dass die Regeleinheit (30) eine Regeldiode (42) umfasst, welche mit einem GATE-Anschluss und einem DRAIN-Anschluss des Regelschalters (41) elektrisch verbunden ist.
Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Choppereinheit (50), welche einen Chopperschalter (51) und einen Chopperwiderstand (52) aufweist, und welche elektrisch derart zwischen dem negativen Pol (21) und dem positiven Pol (22) angeordnet ist, dass bei geschlossenem Chopperschalter (51) ein Chopperstrom unter Umgehung des Batteriemoduls (5) durch den Chopperwiderstand (52) fließt.
Batteriesystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Chopperschalter (51) als Feldeffekttransistor ausgeführt ist, und dass die Choppereinheit (50) einen Hystereseregler (55) umfasst, welcher mit einem GATE-Anschluss und einem DRAIN-Anschluss des Chopperschalters (51) elektrisch verbunden ist.
Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Schalteinheit (60), welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul (5) und elektrisch parallel zu der Regeleinheit (30) geschaltet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regeleinheit (30) derart angesteuert wird, dass der durch die Regeleinheit (30) fließende Ladestrom zeitlich auf die Dauer eines vorgegebenen Ladeinterwalls begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Regeleinheit (30) derart angesteuert wird, dass unmittelbar nach dem Ladeinterwall für die Dauer eines vorgegebenen Ruheinterwalls ein durch die Regeleinheit (30) fließender Ladestrom verhindert ist, wobei das Ruheinterwall größer ist als das Ladeinterwall.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Batteriesystem (10) eine Choppereinheit (50) umfasst, welche einen Chopperschalter (51) und einen Chopperwiderstand (52) aufweist, und wobei der Chopperschalter (51) derart angesteuert wird, dass ein Chopperstrom unter Umgehung des Batteriemoduls (5) durch den Chopperwiderstand (52) fließt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Chopperschalter (51) getaktet angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der Chopperschalter (51) von einem Hystereseregler (55) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Ladestrom derart eingestellt wird, dass eine zwischen dem positiven Pol (22) und dem negativen Pol (21) anliegende Bordnetzspannung (VB) unter einem vorgegebenen Maximalwert gehalten wird und/oder auf einen Sollwert reduziert wird.
Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12 betrieben wird.