WO2015104197A1 - Batteriemanagementsystem zum überwachen und regeln des betriebs einer batterie und batteriesystem mit einem solchen batteriemanagementsystem - Google Patents
Batteriemanagementsystem zum überwachen und regeln des betriebs einer batterie und batteriesystem mit einem solchen batteriemanagementsystem Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015104197A1 WO2015104197A1 PCT/EP2014/079409 EP2014079409W WO2015104197A1 WO 2015104197 A1 WO2015104197 A1 WO 2015104197A1 EP 2014079409 W EP2014079409 W EP 2014079409W WO 2015104197 A1 WO2015104197 A1 WO 2015104197A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- battery
- cell monitoring
- unit
- management system
- battery management
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
Definitions
- a battery management system for monitoring and controlling the operation of a battery and battery system having such a battery management system
- the invention relates to a battery management system for monitoring and regulating the operation of a rechargeable, a plurality of battery cells comprising battery, which a control unit, a separation unit for galvanic isolation of the battery from a consumer and / or a charger, a plurality of each at least one battery cell to be assigned Cell monitoring units and a communication system for transmitting and / or receiving data, wherein the battery management system is designed in part for operation at high voltage potential and partly for operation at low voltage potential.
- the invention relates to a battery system with a rechargeable, a plurality of battery cells comprehensive battery and a battery management system for monitoring and regulating the operation of the battery.
- Input called battery management systems are used in battery systems, which comprise a battery with a plurality of electrically interconnected battery cells, in particular rechargeable lithium-ion cells, in particular for monitoring and regulating the operation of the battery.
- the operation of a battery of a battery system comprises in particular the discharge of a battery, that is, in particular the use of such a battery with a corresponding electrical Consumers, as well as the charging of a battery, that is, the recharging of a battery.
- the battery management system typically assures reliable operation taking into account battery, safety, performance and / or lifetime requirements.
- CSCs Cell Supervision Circuits
- BCU Battery Control Unit
- WO 2008/055505 A1 and US 2010/0052428 A1 disclose systems for monitoring battery cells, wherein a master-slave architecture is used to transmit data from the battery cells of a battery to units.
- the use of a master-slave architecture for the transmission of data in a battery management system is also known from the documents WO 2012/165771 A2, US 2008/0086247 A1 and US 2012/0235483 A1.
- control unit unit determines battery characteristics, such as the state of charge of individual battery cells, which is also referred to as state of charge (SOC), and the aging of individual battery cells, which is also referred to as state of health (SOH).
- SOC state of charge
- SOH state of health
- battery management systems usually include contactors as a disconnecting unit for the galvanic separation of the battery from a consumer and / or a charging device.
- a separation unit is usually designed to receive control signals as data, wherein the control of the separation unit is also carried out by the control unit.
- the control unit is assigned the task of electrically isolating individual battery cells or a group of battery cells, in particular individual battery modules, from the pole connections of the battery via the activation of the separation unit if detected measured values indicate a safety-critical condition of these battery cells.
- Such disconnection of battery cells is of great importance in order to keep greater damage both from the battery and from an electrical consumer device fed by the battery or a charging device recharging the battery.
- An object of the present invention is therefore to provide a battery management system, which is in particular less expensive to produce.
- the proposed battery management system should also be further improved with regard to safe operation of a battery system.
- a battery management system for monitoring and regulating the operation of a rechargeable battery comprising a plurality of battery cells, comprising a control unit, a separation unit for galvanically isolating the battery from a load and / or a charger, a plurality of in each case at least one battery cell
- the battery management system is designed, in part, for operation at high-voltage potential and partly for operation at low-voltage potential and transmission of data from the cell monitoring units using the communication system to the master-slave Principle, wherein one of the cell monitoring units is a master cell monitoring unit, which is designed for operation at high voltage potential and for operation at low voltage potential, and wherein the further cell monitoring units are slave cell monitoring units, which are designed for operation at high voltage potential.
- the slave cell monitoring units are designed exclusively for operation at high-voltage potential (HV potential, HV: high voltage), that is to say that the slave cell monitoring units are not operated for operation at low-voltage potential (LV potential, LV voltage low). are formed. Furthermore, it is provided, in particular, that when the battery management system according to the invention is used to monitor and regulate the operation of a battery, the units and / or components of the battery management system, in particular the cell monitoring units, designed for operation at high voltage potential (HV Potential; HV: High Voltage), at least partially are directly connected to the battery cells of the battery, so they are connected to a high voltage circuit of the battery system.
- HV Potential High Voltage
- the battery management system further comprises a low-voltage circuit, wherein the units and / or components of the battery management system designed for operation on low-voltage potential (LV potential, LV voltage low-voltage), in particular the control unit, on which Low-voltage circuit are connected.
- low-voltage potential LV potential, LV voltage low-voltage
- the slave cell monitoring units according to the invention are designed exclusively for operation at high voltage potential, With the cell monitoring units, the low-voltage range necessary for communication via a private communication bus on the cell monitoring units is eliminated, so that the battery management system according to the invention can advantageously be produced at lower cost. A separation between high voltage potential and low voltage potential is advantageously carried out on the master cell monitoring unit.
- the control unit of the battery management system is preferably a central control unit, in particular a so-called battery control unit (BCU).
- BCU battery control unit
- the control unit is designed to perform central control tasks.
- the control unit unit is connected via the communication system with the cell monitoring units for receiving data and receives from the cell monitoring units detected operating parameters, in particular battery cell voltages and / or battery cell temperatures.
- the received data are evaluated by the control unit.
- battery characteristics such as the state of charge of SOC (battery cells) and / or the state of health of SOH (SOH) are determined during the evaluation.
- the control unit unit preferably has a communication interface via which the control unit unit can communicate with further control unit units which do not belong to the battery management system.
- the control unit of the battery management system is preferably formed, via the communication interface with vehicle control devices, such as a so-called Vehicle Control Unit (VCU) to communicate.
- VCU Vehicle Control Unit
- a VCU assumes functions such as the coordination of the drive torque, the charge management and / or the control of vehicle states, such as "loading", “driving” or “parking”.
- the cell monitoring units of the battery system according to the invention are preferably designed to take over sensory functions, in particular for detecting battery cell voltages and / or battery cell temperatures, and / or for carrying out charge equalization between the battery cells.
- the cell monitoring units are so-called Cell Supervision Circuits (CSC), wherein the trained as a slave cell monitoring units (slave cell monitoring units) according to the invention have no low voltage range, whereas the trained as a master cell monitoring unit (master cell monitoring unit) according to the invention both a high voltage range and a Low voltage range has.
- CSC Cell Supervision Circuits
- master cell monitoring unit master cell monitoring unit
- a cell monitoring unit is assigned in each case exactly one battery cell.
- no evaluation of detected operating parameters takes place on the cell monitoring units.
- the master cell monitoring unit is connected via the communication system with the control unit and with the separation unit for the transmission of data.
- operating parameters detected in particular by the cell monitoring units in particular battery cell voltages and / or battery cell temperatures, can be transmitted to the control unit and the separation unit, which are advantageously designed to evaluate received operating parameters and / or to use them as manipulated variables.
- the control unit is designed for operation at low-voltage potential, wherein a transfer of data between the master cell monitoring unit and the control unit to low-voltage potential.
- the control unit is designed exclusively for operation on low-voltage potential, that is, that the control unit unit is not designed to operate at high voltage potential.
- An exclusively to low-voltage potential to be operated control unit is advantageously cheaper to produce.
- the separation unit has an evaluation unit for evaluating received data. Furthermore, the separation unit is advantageously designed for operation at high-voltage potential and for operation at low-voltage potential, with a transfer of data between the master cell monitoring unit and the separation unit to high-voltage potential and / or low-voltage potential.
- the separation unit is advantageously equipped with quasi "intelligence", whereby the functionality of the separation unit is advantageously extended compared to known separation units, in particular compared to simple contactors ..
- the separation unit for controlling switching elements further comprises a control device
- the separation unit is advantageously designed by the evaluation unit and / or the control device to assume safety-relevant functions, in particular to trigger a galvanic separation of the battery from a load and / or charging device, advantageously without a corresponding control of the separation unit by the control unit is required
- Control unit advantageously no in connection with a galvanic isolation of the battery from a consumer and / or charger connected safety functions.
- the battery management system comprises at least one current measuring device for measuring an electric current of the battery, wherein the at least one current measuring device is connected to the separation unit, preferably via the high voltage circuit, and the separation unit is designed to receive data measured by the at least one current measuring device as data.
- the current measuring device may be a shunt.
- currents measured by the at least one current measuring device are evaluated by the evaluation unit of the separation unit with regard to the presence of a critical operating state.
- the current measuring device is connected to the separation unit via a LIN bus (LIN: Local Interconnect Network).
- LIN Local Interconnect Network
- a further advantageous embodiment of the battery management system according to the invention provides that the communication system comprises a first communication line and / or a second communication line, wherein the first communication line and / or the second communication line interconnects the cell monitoring units for transmitting data, wherein a transmission of data between the Master cell monitoring unit and the slave cell monitoring units according to the daisy-chain principle to high voltage potential.
- the communication system preferably has a first communication line and a second communication line, wherein the second communication line is designed as an alarm line redundant to the first communication line.
- the slave cell monitoring units communicate with the master cell monitoring unit on the basis of a daisy-chain concept with a proprietary protocol, in particular using an SPI (SPI: Serial Peripheral Interface).
- SPI Serial Peripheral Interface
- the first communication line further connects the master cell monitoring unit to the control unit for transmitting data, wherein a transmission of data from the slave cell monitoring units via the master cell monitoring unit to the Control unit according to the daisy-chain principle, in particular to low-voltage potential.
- the slave cell monitoring units communicate via the master cell monitoring unit with the control unit according to the daisy-chain principle, in particular using an SPI.
- the control unit unit preferably comprises a daisy-chain host computing device.
- the second communication line further connects the master cell monitoring unit for transmitting data with the separation unit, wherein a transmission of data from the slave cell monitoring units via the master cell monitoring unit to the separation unit according to the daisy chain principle, in particular to low-voltage potential.
- all security-relevant data via the second communication line which is preferably designed as an alarm line, are transmitted redundantly to the data transmitted to the control unit via the first communication line data to the separation unit.
- the redundant transmission of security-relevant data (daisy chain and alarm line) between the cell monitoring units and the control unit and between the cell monitoring units and the separation unit advantageously further increases the system security as well as an ASIL decomposition (ASIL: Automotive Safety Integrity Level, cf. ISO 26262).
- the communication system comprises at least one communication bus which connects the master cell monitoring unit with the control unit and / or the master cell monitoring unit with the separation unit for transmitting data.
- the slave cell monitoring units communicate with the master cell monitoring units both via a first one Communication line according to the daisy-chain principle as well as a second communication line, which is designed as redundant to the first communication line alarm line.
- the communication between the master cell monitoring unit and the control unit or the communication between the master cell monitoring unit and the separation unit is then advantageously via the communication bus, in particular via a private bus, preferably via a CAN bus (CAN: Controller Area Network).
- the master cell monitoring unit is designed to implement a proprietary daisy-chain protocol in a protocol which is used for transmission via the communication bus, in particular in a CAN protocol.
- all security-relevant data are transmitted redundantly to the data transmission via the communication bus via an alarm line, in particular to the separation unit, wherein the alarm line advantageously directly connects the master cell monitoring unit with the separation unit and thus directly influences the master cell monitoring unit can take on a galvanic separation of the battery from a consumer and / or charging device, in particular by controlling switching elements of the separation unit, in particular contactors of the separation unit.
- the communication system comprises a further communication bus, wherein the control unit is connectable via the further communication bus for the transmission of data with another control unit.
- the further control unit is a vehicle control unit, in particular a vehicle control unit (VCU).
- VCU vehicle control unit
- the control unit is thus advantageously designed to transmit data received from the cell monitoring units via the further communication bus to a further control unit connected to the communication bus.
- the transmission of data via the further communication bus is preferably carried out at low voltage potential.
- the control unit for the transmission of data via the communication system is connected to the separation unit, preferably via a communication bus of the communication system, in particular to low-voltage potential.
- the battery management system is embodied such that data can be transmitted from the cell monitoring units via the control unit to the separation unit and redundantly via an alarm line at least safety-relevant data can be transmitted directly from the slave cell monitoring units via the master cell monitoring unit to the separation unit.
- a further advantageous embodiment of the battery management system provides that the control unit is a vehicle control unit, which is designed to perform central control tasks of a battery management system.
- the control unit is a VCU, which is extended by the functionality of a battery control unit (BCU).
- BCU battery control unit
- the vehicle control unit is advantageously integrated into the battery management system.
- the vehicle control unit is designed to perform non-safety-critical or non-safety-critical functions of the battery management system
- the separation unit is designed to perform safety-relevant or safety-critical functions or perform what the separation unit advantageously an evaluation and control device, preferably a control unit and a Controller, and controllable switching elements has.
- a battery system with a rechargeable, a plurality of battery cells comprehensive battery and a battery management system for monitoring and regulating the operation of the battery is further proposed, wherein the battery management system according to the invention Battery management system is. It is provided in particular that a cell monitoring unit of the Battenemanagennentsystenns is assigned in each case exactly one battery cell of the battery. In particular, it is provided that battery cells of the battery system are electrically connected to battery modules, wherein the battery modules are electrically connected to the battery. Furthermore, according to an advantageous embodiment variant, it is provided that the battery management system of a battery system which has a plurality of battery modules has a master cell monitoring unit for each battery module.
- FIG. 1 is a block diagram of a simplified representation of an embodiment of an inventive
- Fig. 2 is a block diagram of a simplified representation of another embodiment of an inventive
- FIG. 3 is a block diagram of a simplified representation of another embodiment of a battery management system according to the invention.
- FIGS. 1, 2 and 3 each show a block diagram of a battery management system 1 for monitoring and regulating the operation of a rechargeable battery comprising a plurality of battery cells.
- the battery management system 1 illustrated in FIGS. 1, 2 and 3 in each case comprises a control unit 2, a plurality of cell monitoring units 3, 5 (only three cell monitoring units are shown in the figures for better clarity), a separation unit 4 for galvanic Disconnecting the battery from a consumer and / or charging device, a communication system and a current measuring device 6, which can be realized in particular as a shunt.
- a use of the battery management system 1 shown in FIGS. 1, 2 and 3 is provided in battery systems used in electric vehicles.
- a transmission of data from the cell monitoring units 3, 5 of the Battehemanagementsystenne 1 shown in the figures is carried out using the communication system according to the master-slave principle.
- a cell monitoring unit 5 is designed as a master, the other cell monitoring units 3 are designed as a slave.
- the master cell monitoring unit 5 (master cell monitoring unit) grants access to the other cell monitoring units 3 (slave cell monitoring units) for a limited time.
- the master cell monitoring unit 5 thus determines the frequency of communication by querying the subordinate slave cell monitoring units 3.
- a slave cell monitoring unit 3 preferably responds only when it is addressed by the master cell monitoring unit 5.
- 1, 2 and 3 comprises a first communication line 11 and a second communication line 12, the first communication line 11 and the second communication line 12 the cell monitoring units 3, 5 for the transmission of Connect data with each other, wherein a transfer of data between the master cell monitoring unit 5 and the slave cell monitoring units 3 preferably takes place according to the daisy chain principle.
- the battery management system 1 is in each case partially connected to a high-voltage circuit (hatching from bottom left to top right) and partially to a low-voltage circuit (hatching from top left to right below).
- the battery management system 1 is accordingly partially for operation at high voltage potential (HV Potential, HV: high voltage) and partly designed for operation at low-voltage potential (LV potential, LV: low voltage).
- the slave cell monitoring units 3 are designed exclusively for operation at high-voltage potential and not for operation at low-voltage potential.
- the master cell monitoring unit 5 is designed for operation at high-voltage potential and for operation at low-voltage potential. On the master cell monitoring unit 5, a galvanic separation takes place between the high voltage potential and the low voltage potential.
- the separation unit 4 for galvanic isolation of a battery from a consumer and / or charging device of the battery management systems 1 shown in the figures each comprise an evaluation unit (not explicitly shown in the figures) and a control device (not explicitly shown in the figures).
- the control device of the separation unit 4 is designed to control switching elements of the separation unit 4 (not explicitly shown in the figures), wherein via the switching elements, a battery of a consumer and / or a charging device is electrically separable.
- the separation unit 4 further includes a high voltage region (hatching from lower left to upper right) and a low voltage region (hatching from upper left to lower right) and is accordingly designed to operate at high voltage potential and operate at low voltage potential.
- the current measuring device 6 of the battery management system 1, in particular a shunt, is in the illustrated embodiments in each case via a communication link 9, preferably a LIN bus, directly connected to the high voltage region of the separation unit 4.
- a communication link 9 preferably a LIN bus
- the separation unit 4 is advantageously further configured to receive and evaluate a crash signal transmitted via the signal line 7 as data in order to trigger a galvanic separation of the battery from a load and / or a charging device, if required.
- the Separation unit 4 advantageously designed to monitor a HV interlock signal (HV: High Voltage), which is provided to the separation unit 4 via the signal line 8.
- HV High Voltage
- the communication system comprises a communication bus 1 1 ", which is designed as a CAN bus and via which the communication between the master cell monitoring unit 5 and the control unit 2 and between the master cell monitoring unit 5 and the separation unit 4.
- the master cell monitoring unit 5 is designed to implement a proprietary daisy-chain protocol in a CAN protocol 1, which connects the cell monitoring units 3, 5, also connects the master cell monitoring unit 5 to the separation unit 4 in the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
- a transmission of data takes place via the communication line 12 according to the daisy chain principle on high-pass nisserspotential.
- the second communication line 12 between the master cell monitoring unit 5 and the separation unit 4 is advantageously designed as an alarm line.
- the master cell monitoring unit 5 advantageously can directly influence the switching element control of the separation unit 4.
- the communication system of the battery management system 1 illustrated in FIG. 1 also has a further communication bus 14 via which the control unit 2 is connected to a vehicle control unit 10 for exchanging data.
- the communication bus 14 is preferably also a CAN bus.
- the vehicle control unit 10 is preferably a so-called vehicle control unit (VCU), which in particular functionalities such as the coordination of the drive torque, charging management and / or the control of vehicle conditions, such as loading, driving, parking, etc. exercises.
- VCU vehicle control unit
- the Control unit 2 received and / or evaluated data can be transmitted via the communication bus 14 to the vehicle control unit 10.
- VCU vehicle control unit
- the communication system comprises a first communication line 11 and a second communication line 12, the first communication line 11 and the second communication line 12 interconnecting the cell monitoring units 3, 5 for the transmission of data.
- the first communication line 1 1 connects the master cell monitoring unit 5 to the control unit 2 for the transmission of data
- the transmission of data from the slave cell monitoring units 3 via the master cell monitoring unit 5 to the control unit 2 according to the daisy chain principle takes place, preferably using a Serial Peripheral Interface (SPI).
- SPI Serial Peripheral Interface
- the second communication line 12 'further connects the master cell monitoring unit 5 for transmitting data to the separation unit 4, wherein a transmission of data via the second communication line 12' to low-voltage potential.
- All safety-relevant data are advantageously communicated redundantly via the second communication line 12 'to the data transmitted via the first communication line 1 1'.
- the second communication line 12 ' leads from the slave cell monitoring units 3 via the master cell monitoring unit 5 directly to the separation unit 4. In this way, advantageously directly from the master cell monitoring unit 5 influence on the control of the switching elements of the separation unit 4 are taken.
- data received by the control unit 2 can be transmitted to the separation unit 4 via a further communication line 13, which connects the control unit 2 for the transmission of data to the separation unit 4. It is further provided that in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the control unit 2 can forward data received and / or evaluated via a communication bus 14 to a further control unit 10.
- the control unit 2 is a vehicle control unit which is integrated in the battery management system 1.
- the control unit 2 is a vehicle control unit (VCU).
- the control unit 2 is advantageously designed to perform all non-safety-related functions of the battery management system 1, for example the determination of the state of charge (SOC) and / or the determination of the state of health (SOH).
- the separation unit 4 of the embodiment shown in FIG. 3 is designed to perform all safety-related functions of the battery management system 1. For this purpose, operating parameters acquired by the cell monitoring units 3, 5, in particular battery cell voltages and / or battery cell temperatures, are transmitted to the control unit 2 and to the separation unit 4.
- the master cell monitoring unit 5 advantageously comprises a daisy-chain host computer.
- the slave cell monitoring units 3 communicate with the master cell monitoring unit 5 according to the daisy-chain principle with a proprietary protocol, in particular using an SPI.
- the master cell monitoring unit 5 is connected to the control unit 2 for the transmission of data via a CAN bus 11 'in the exemplary embodiment shown in Fig. 3.
- the implementation of the proprietary daisy chain protocol is carried out on the master cell monitoring unit 5
- the master cell monitoring unit 5 is connected via the second communication line 12 'directly to the separation unit 4 for the transmission of data
- the second communication line 12' is preferably designed as an alarm line 12, 12 'between high-voltage potential (second communication line 12) and low-voltage potential (second communication line 12') takes place on the master cell monitoring unit 5.
- the communication line 12 ' can thus be connected directly to the low-voltage region of the separation unit 4.
- Data transmitted to the control unit 2 by the master cell monitoring unit 5 can advantageously be forwarded from the control unit 2 to the separation unit 4, so that a redundant transmission of data from the master cell monitoring unit 5 to the separation unit 4 is made possible.
- the transmission of data via the communication bus 15 preferably takes place according to the CAN protocol, it is provided that the transmission of data from the slave cell monitoring units 3 via the master cell monitoring unit 5 to the separation unit 4 after the daisy-chain Principle takes place.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem (1) zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie, welches eine Steuergeräteeinheit (2), eine Trenneinheit (4) zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung, eine Mehrzahl von jeweils wenigstens einer Batteriezelle zuzuordnenden Zellüberwachungseinheiten (3, 5) und ein Kommunikationssystem zum Senden und/oder Empfangen von Daten umfasst, wobei das Batteriemanagementsystem (1) teilweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential und teilweise zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist. Eine Übertragung von Daten von den Zellüberwachungseinheiten (3, 5) erfolgt dabei unter Nutzung des Kommunikationssystems nach dem Master-Slave-Prinzip, wobei eine der Zellüberwachungseinheiten eine Master-Zellüberwachungseinheit (5) ist, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, und wobei die weiteren Zellüberwachungseinheiten Slave-Zellüberwachungseinheiten (3) sind, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriesystem mit einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie und einem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem (1).
Description
Beschreibung Titel
Batteriemanaqementsvstem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem
Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie, welches eine Steuergeräteeinheit, eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung, eine Mehrzahl von jeweils wenigstens einer Batteriezelle zuzuordnenden Zellüberwachungseinheiten und ein Kommunikationssystem zum Senden und/oder Empfangen von Daten umfasst, wobei das Batteriemanagementsystem teilweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential und teilweise zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem mit einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie und einem Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Batterie.
Stand der Technik
Eingangs genannte Batteriemanagementsysteme werden in Batteriesystemen, die eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, insbesondere nachladbaren Lithium-Ionen-Zellen, umfassen, insbesondere zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Batterie eingesetzt. Der Betrieb einer Batterie eines Batteriesystems umfasst dabei insbesondere den Entladevorgang einer Batterie, das heißt insbesondere die Nutzung einer solchen Batterie mit einem entsprechenden elektrischen
Verbraucher, sowie den Ladevorgang einer Batterie, das heißt das Nachladen einer Batterie. Das Batteriemanagementsystenn sichert dabei üblicherweise den zuverlässigen Betrieb unter Berücksichtigung von an die Batterie zu stellenden Sicherheits-, Leistungs- und/oder Lebensdaueranforderungen.
Bei bislang bekannten Battehemanagementsystennen werden insbesondere die Zellspannungen der Batteriezellen von mehreren Zellüberwachungseinheiten, sogenannten Cell Supervision Circuits (CSCs), als Messwerte erfasst und über einen Kommunikations-Bus an eine zentrale Steuergeräteeinheit, die sogenannte Battery Control Unit (BCU), übertragen. Aus der Druckschrift WO 2008/055505 A1 und aus der Druckschrift US 2010/0052428 A1 sind beispielsweise Systeme zur Überwachung von Batteriezellen bekannt, wobei zur Übertragung von Daten von den Batteriezellen einer Batterie zugeordneten Einheiten eine Master-Slave-Architektur genutzt wird. Die Nutzung einer Master-Slave-Architektur zur Übertragung von Daten in einem Batteriemanagementsystem ist ferner aus den Druckschriften WO 2012/165771 A2, US 2008/0086247 A1 und US 2012/0235483 A1 bekannt.
Des Weiteren können bei einem Batteriemanagementsystem von einem Stromsensor gemessene Ströme als weitere Messwerte an die Steuergeräteeinheit übertragen werden. Durch Auswerten der Messwerte bestimmt die Steuergeräteeinheit Batterieeigenschaften, wie unter anderem den Ladezustand einzelner Batteriezellen, welcher auch als State of Charge (SOC) bezeichnet wird, sowie die Alterung einzelner Batteriezellen, die auch als State of Health (SOH) bezeichnet wird. Aus der Druckschrift US 6,4041 ,66 B1 ist dabei ein System zur Überwachung von Batteriezellen bekannt, wobei Zellüberwachungseinheiten über eine das sogenannte Daisy-Chain-Prinzip nutzende Kommunikationsverbindung mit einer zentralen Batterieüberwachungseinheit verbunden sind, damit die zentrale Batterieüberwachungseinheit von den Zellüberwachungseinheiten Daten empfangen und auswerten kann. Die Nutzung des Daisy-Chain-Prinzips zur Übertragung von Daten in Batteriemanagementsystemen ist zudem aus der Druckschrift US 201 1/0049977 A1 bekannt.
Batteriemanagementsysteme umfassen darüber hinaus üblicherweise Schaltschütze als Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung. Eine solche Trenneinheit ist dabei in der Regel ausgebildet, Ansteuerungssignale als Daten zu empfangen, wobei die Ansteuerung der Trenneinheit ebenfalls durch die Steuergeräteeinheit erfolgt. Insbesondere ist der Steuergeräteeinheit die Aufgabe zugewiesen, über die Ansteuerung der Trenneinheit einzelne Batteriezellen oder eine Gruppe von Batteriezellen, wie insbesondere einzelne Batteriemodule, von den Polanschlüssen der Batterie elektrisch zu trennen, wenn erfasste Messwerte auf einen sicherheitskritischen Zustand dieser Batteriezellen hinweisen. Ein solches Abtrennen von Batteriezellen ist von großer Bedeutung, um größere Schäden sowohl von der Batterie als auch von einer von der Batterie gespeisten elektrischen Verbrauchereinrichtung beziehungsweise einer die Batterie nachladenden Ladeeinrichtung fernzuhalten.
Insbesondere im Hinblick auf diesen sicherheitsrelevanten Aspekt besteht dabei der fortwährende Bedarf, Batteriemanagementsysteme und Batteriesysteme mit Batteriemanagementsystemen weiter zu verbessern. Darüber hinaus besteht der Bedarf Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung von Batteriemanagementsystemen zu reduzieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemanagementsystem bereitzustellen, welches insbesondere kostengünstiger herstellbar ist. Vorteilhafterweise soll das vorgeschlagene Batteriemanagementsystem dabei zudem im Hinblick auf einen sicheren Betrieb eines Batteriesystems weiter verbessert sein.
Offenbarung der Erfindung Zur Lösung der Aufgabe wird ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie, welches eine Steuergeräteeinheit, eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung, eine Mehrzahl von jeweils wenigstens einer Batteriezelle
zuzuordnenden Zellüberwachungseinheiten und ein Kommunikationssystem zum Senden und/oder Empfangen von Daten umfasst, vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem teilweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential und teilweise zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist und eine Übertragung von Daten von den Zellüberwachungseinheiten unter Nutzung des Kommunikationssystems nach dem Master-Slave-Prinzip erfolgt, wobei eine der Zellüberwachungseinheiten eine Master-Zellüberwachungseinheit ist, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, und wobei die weiteren Zellüberwachungseinheiten Slave-Zellüberwachungseinheiten sind, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential ausgebildet sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Slave-Zellüberwachungseinheiten ausschließlich zum Betrieb auf Hochspannungspotential (HV Potential; HV: High Voltage) ausgebildet sind, das heißt, dass die Slave-Zellüberwachungseinheiten hierbei nicht zum Betrieb auf Niederspannungspotential (LV Potential; LV: Low Voltage) ausgebildet sind. Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass bei einer Nutzung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Batterie die zum Betrieb auf Hochspannungspotential (HV Potential; HV: High Voltage) ausgebildeten Einheiten und/oder Komponenten des Batteriemanagementsystems, insbesondere die Zellüberwachungseinheiten, zumindest teilweise direkt mit den Batteriezellen der Batterie verbunden sind, diese also an einem Hochspannungskreis des Batteriesystems angeschlossen sind. Insbesondere zum Auswerten von erfassten Daten oder ähnlicher interner Betriebsvorgänge des Batteriemanagementsystems weist das Batteriemanagementsystem ferner einen Niederspannungskreis auf, wobei die zum Betrieb auf Niederspannungspotential (LV Potential; LV: Low Voltage) ausgebildeten Einheiten und/oder Komponenten des Batteriemanagementsystems, insbesondere die Steuergeräteeinheit, an dem Niederspannungskreis angeschlossen sind.
Dadurch, dass die Slave-Zellüberwachungseinheiten erfindungsgemäß ausschließlich zum Betrieb auf Hochspannungspotential ausgebildet sind,
entfällt bei den Zellüberwachungseinheiten der zur Kommunikation über einen privaten Kommunikations-Bus notwendige Niederspannungsbereich auf den Zellüberwachungseinheiten, sodass das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem vorteilhafterweise kostengünstiger herstellbar ist. Eine Trennung zwischen Hochspannungspotential und Niederspannungspotential erfolgt vorteilhafterweise auf der Master- Zellüberwachungseinheit.
Die Steuergeräteeinheit des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorzugsweise eine zentrale Steuergeräteeinheit, insbesondere eine sogenannte Batterie Control Unit (BCU). Vorteilhafterweise ist die Steuergeräteeinheit ausgebildet, zentrale Steueraufgaben auszuführen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit über das Kommunikationssystem mit den Zellüberwachungseinheiten zum Empfang von Daten verbunden ist und von den Zellüberwachungseinheiten erfasste Betriebsparameter, insbesondere Batteriezellspannungen und/oder Batteriezelltemperaturen, empfängt. Die empfangenen Daten werden dabei von der Steuergeräteeinheit ausgewertet. Im Rahmen der Auswertung werden insbesondere Batterieeigenschaften, wie beispielsweise der Ladezustand von Batteriezellen (SOC; SOC: State of Charge) und/oder der Alterungszustand von Batteriezellen (SOH; SOH: State of Health) bestimmt. Darüber hinaus weist die Steuergeräteeinheit vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle auf, über welche die Steuergeräteeinheit mit weiteren Steuergeräteeinheiten, welche nicht zu dem Batteriemanagementsystem gehören, kommunizieren kann. Da insbesondere eine Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems in in Hybrid-, Plug-In-Hybrid oder Elektrofahrzeugen eingesetzten Batteriesystemen vorgesehen ist, ist die Steuergeräteeinheit des Batteriemanagementsystems vorzugsweise ausgebildet, über die Kommunikationsschnittstelle mit Fahrzeugsteuergeräten, wie beispielsweise einer sogenannten Vehicle Control Unit (VCU), zu kommunizieren. Eine VCU übernimmt dabei Funktionalitäten, wie die Koordination des Antriebsmomentes, das Lademanagement und/oder die Kontrolle über Fahrzeugzustände, wie beispielsweise„Laden", „Fahren" oder „Parken".
Die Zellüberwachungseinheiten des erfindungsgemäßen Batte esystems sind vorzugsweise zur Übernahme von sensorischen Funktionen, wie insbesondere zum Erfassen von Batteriezellspannungen und/oder von Batteriezelltemperaturen, und/oder zur Durchführung des Ladungsausgleichs zwischen den Batteriezellen ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheiten sogenannte Cell Supervision Circuits (CSC) sind, wobei die als Slave ausgebildeten Zellüberwachungseinheiten (Slave- Zellüberwachungseinheiten) erfindungsgemäß keinen Niederspannungsbereich aufweisen, wohingegen die als Master ausgebildete Zellüberwachungseinheit (Master-Zellüberwachungseinheit) erfindungsgemäß sowohl einen Hochspannungsbereich als auch einen Niederspannungsbereich aufweist. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems eine Zellüberwachungseinheit jeweils genau einer Batteriezelle zugeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt auf den Zellüberwachungseinheiten keine Auswertung von erfassten Betriebsparametern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass die Master- Zellüberwachungseinheit über das Kommunikationssystem mit der Steuergeräteeinheit und mit der Trenneinheit zur Übertragung von Daten verbunden ist. Vorteilhafterweise sind so insbesondere von den Zellüberwachungseinheiten erfasste Betriebsparameter, wie insbesondere Batteriezellspannungen und/oder Batteriezelltemperaturen, an die Steuergeräteeinheit und die Trenneinheit übertragbar, welche vorteilhafterweise ausgebildet sind, empfangene Betriebsparameter auszuwerten und/oder als Stellgrößen zu nutzen. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems sieht vor, dass die Steuergeräteeinheit zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Steuergeräteeinheit auf Niederspannungspotential erfolgt. Insbesondere ist
dabei vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit ausschließlich zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, das heißt, dass die Steuergeräteeinheit hierbei nicht zum Betrieb auf Hochspannungspotential ausgebildet ist. Eine ausschließlich auf Niederspannungspotential zu betreibende Steuergeräteeinheit ist vorteilhafterweise kostengünstiger herstellbar.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems weist die Trenneinheit eine Auswerteeinheit zur Auswertung empfangener Daten auf. Ferner ist die Trenneinheit vorteilhafterweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Trenneinheit auf Hochspannungspotential und/oder auf Niederspannungspotential erfolgt. Durch die Auswerteeinheit ist die Trenneinheit vorteilhafterweise quasi mit einer „Intelligenz" ausgestattet, wodurch die Funktionalität der Trenneinheit vorteilhafterweise gegenüber bekannten Trenneinheiten, insbesondere gegenüber einfachen Schaltschützen, erweitert ist. Vorzugsweise weist die Trenneinheit zur Ansteuerung von Schaltelementen, insbesondere von Schaltschützen, ferner eine Steuereinrichtung auf, wobei von der Auswerteeinheit ausgewertete Daten vorteilhafterweise an die Steuereinrichtung der Trenneinheit übertragen werden. Die Trenneinheit ist durch die Auswerteeinheit und/oder die Steuereinrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, sicherheitsrelevante Funktionen zu übernehmen, insbesondere eine galvanische Trennung der Batterie von einer Verbraucherund/oder Ladeeinrichtung auszulösen, vorteilhafterweise ohne dass eine entsprechende Ansteuerung der Trenneinheit durch die Steuergeräteeinheit erforderlich ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung übernimmt die Steuergeräteeinheit vorteilhafterweise keine im Zusammenhang mit einer galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder Ladeeinrichtung verbundenen Sicherheitsfunktionen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung des Batteriemanagementsystems umfasst das Batteriemanagementsystem
wenigstens eine Strommesseinrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms der Batterie, wobei die wenigstens eine Strommesseinrichtung mit der Trenneinheit verbunden ist, vorzugsweise über den Hochspannungskreis, und die Trenneinheit ausgebildet ist, von der wenigstens einen Strommesseinrichtung gemessene Ströme als Daten zu empfangen. Insbesondere kann die Strommesseinrichtung ein Shunt sein. Vorteilhafterweise werden von der wenigstens einen Strommesseinrichtung gemessene Ströme von der Auswerteeinheit der Trenneinheit hinsichtlich des Vorliegens eines kritischen Betriebszustandes ausgewertet. Vorzugsweise ist die Strommesseinrichtung über einen LIN-Bus (LIN: Lokal Interconnect Network) mit der Trenneinheit verbunden. Hierdurch ist vorteilhafterweise der sicherheitskritische Pfad bezüglich erfasster Strom messwerte verkürzt, wodurch die Systemsicherheit vorteilhafterweise erhöht ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems sieht vor, dass das Kommunikationssystem eine erste Kommunikationsleitung und/oder eine zweite Kommunikationsleitung umfasst, wobei die erste Kommunikationsleitung und/oder die zweite Kommunikationsleitung die Zellüberwachungseinheiten zur Übertragung von Daten miteinander verbindet, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und den Slave-Zellüberwachungseinheiten nach dem Daisy-Chain-Prinzip auf Hochspannungspotential erfolgt. Vorzugsweise weist das Kommunikationssystem eine erste Kommunikationsleitung und eine zweite Kommunikationsleitung auf, wobei die zweite Kommunikationsleitung als zu der ersten Kommunikationsleitung redundante Alarm-Line ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Slave-Zellüberwachungseinheiten mit der Master-Zellüberwachungseinheit anhand eines Daisy-Chain-Konzeptes mit proprietären Protokoll, insbesondere unter Nutzung eines SPI (SPI: Serial Peripheral Interface), kommunizieren.
Vorteilhafterweise verbindet die erste Kommunikationsleitung ferner die Master- Zellüberwachungseinheit mit der Steuergeräteeinheit zur Übertragung von Daten, wobei eine Übertragung von Daten von den Slave- Zellüberwachungseinheiten über die Master-Zellüberwachungseinheit zu der
Steuergeräteeinheit nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt, insbesondere auf Niederspannungspotential. Vorzugsweise kommunizieren die Slave- Zellüberwachungseinheiten über die Master-Zellüberwachungseinheit mit der Steuergeräteeinheit gemäß dem Daisy-Chain-Prinzip, insbesondere unter Nutzung eines SPI. Vorzugsweise umfasst die Steuergeräteeinheit dabei eine Daisy-Chain-Host-Recheneinrichtung.
Vorteilhafterweise verbindet die zweite Kommunikationsleitung die Master- Zellüberwachungseinheit zur Übertragung von Daten ferner mit der Trenneinheit, wobei eine Übertragung von Daten von den Slave- Zellüberwachungseinheiten über die Master-Zellüberwachungseinheit zu der Trenneinheit nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt, insbesondere auf Niederspannungspotential. Insbesondere ist vorgesehen, dass sämtliche sicherheitsrelevanten Daten über die zweite Kommunikationsleitung, welche vorzugsweise als Alarm-Line ausgebildet ist, redundant zu den an die Steuergeräteeinheit über die erste Kommunikationsleitung übertragenen Daten an die Trenneinheit übertragen werden. Durch die redundante Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten (Daisy-Chain und Alarm-Line) zwischen den Zellüberwachungseinheiten und der Steuergeräteeinheit sowie zwischen den Zellüberwachungseinheiten und der Trenneinheit ist die Systemsicherheit vorteilhafterweise weiter erhöht sowie eine ASIL-Dekomposition (ASIL: Automotive Safety Integrity Level, vgl. ISO 26262) ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems umfasst das Kommunikationssystem wenigstens einen Kommunikations-Bus, welcher die Master-Zellüberwachungseinheit mit der Steuergeräteeinheit und/oder die Master-Zellüberwachungseinheit mit der Trenneinheit zur Übertragung von Daten verbindet. Vorzugsweise erfolgt eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Steuergeräteeinheit und/oder eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Trenneinheit über den wenigstens einen Kommunikations-Bus auf Niederspannungspotential. Vorzugsweise kommunizieren die Slave-Zellüberwachungseinheiten bei dieser Ausgestaltung mit der Master-Zellüberwachungseinheiten sowohl über eine erste
Kommunikationsleitung gemäß dem Daisy-Chain-Prinzip als auch über eine zweite Kommunikationsleitung, welche als zu der ersten Kommunikationsleitung redundante Alarm-Line ausgebildet ist. Die Kommunikation zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Steuergeräteeinheit beziehungsweise die Kommunikation zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit und der Trenneinheit erfolgt dann vorteilhafterweise über den Kommunikations-Bus, insbesondere über einen privaten Bus, vorzugsweise über einen CAN-Bus (CAN: Controller Area Network). Vorzugsweise ist die Master- Zellüberwachungseinheit dabei ausgebildet, ein proprietäres Daisy-Chain- Protokoll in ein Protokoll, welches zur Übertragung über den Kommunikations- Bus genutzt wird, insbesondere in ein CAN-Protokoll, umzusetzen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass sämtliche sicherheitsrelevanten Daten redundant zu der Datenübertragung über den Kommunikations-Bus über eine Alarm-Line übertragen werden, insbesondere an die Trenneinheit, wobei die Alarm-Line die Master-Zellüberwachungseinheit mit der Trenneinheit vorteilhafterweise direkt verbindet und somit direkt Einfluss von der Master- Zellüberwachungseinheit auf eine galvanische Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder Ladeeinrichtung, insbesondere durch Ansteuerung von Schaltelementen der Trenneinheit, insbesondere Schaltschützen der Trenneinheit, nehmen kann.
Vorteilhafterweise umfasst das Kommunikationssystem einen weiteren Kommunikations-Bus, wobei die Steuergeräteeinheit über den weiteren Kommunikations-Bus zur Übertragung von Daten mit einer weiteren Steuergeräteeinheit verbindbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Steuergeräteeinheit eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit ist, insbesondere eine Vehicle Control Unit (VCU). Die Steuergeräteeinheit ist somit vorteilhafterweise ausgebildet, von den Zellüberwachungseinheiten empfangene Daten über den weiteren Kommunikations-Bus an eine an den Kommunikations-Bus angeschlossene weitere Steuergeräteeinheit zu übertragen. Die Übertragung von Daten über den weiteren Kommunikations- Bus erfolgt dabei vorzugsweise auf Niederspannungspotential.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist die Steuergeräteeinheit zur Übertragung von Daten über das Kommunikationssystem mit der Trenneinheit verbunden, vorzugsweise über einen Kommunikations-Bus des Kommunikationssystems, insbesondere auf Niederspannungspotential. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem dabei ausgebildet, dass Daten von den Zellüberwachungseinheiten über die Steuergeräteeinheit an die Trenneinheit übertragen werden können und redundant dazu über eine Alarm-Line zumindest sicherheitsrelevante Daten direkt von den Slave- Zellüberwachungseinheiten über die Master-Zellüberwachungseinheit an die Trenneinheit übertragen werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems sieht vor, dass die Steuergeräteeinheit eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit ist, welche zur Ausführung zentraler Steuerungsaufgaben eines Batteriemanagementsystems ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit eine VCU ist, welche um die Funktionalität einer Batterie Control Unit (BCU) erweitert ist. Die Fahrzeugsteuergeräteeinheit ist dabei vorteilhafterweise in das Batteriemanagementsystem integriert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Fahrzeugsteuergeräteeinheit ausgebildet ist, nicht sicherheitsrelevante beziehungsweise nicht sicherheitskritische Funktionen des Batteriemanagementsystems auszuführen, und die Trenneinheit ausgebildet ist, sicherheitsrelevante beziehungsweise sicherheitskritische Funktionen wahrzunehmen beziehungsweise auszuführen, wozu die Trenneinheit vorteilhafterweise eine Auswerteeinheit und eine Steuereinrichtung, vorzugsweise ein Steuergerät und einen Controller, sowie ansteuerbare Schaltelemente aufweist. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem mit einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie und einem Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Batterie vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem ein erfindungsgemäßes
Batteriemanagementsystem ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass eine Zellüberwachungseinheit des Battenemanagennentsystenns jeweils genau einer Batteriezelle der Batterie zugeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass Batteriezellen des Batteriesystems zu Batteriemodulen elektrisch verschaltet sind, wobei die Batteriemodule elektrisch zu der Batterie verschaltet sind. Ferner ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem eines Batteriesystems, welches mehrere Batteriemodule aufweist, für jedes Batteriemodul jeweils eine Master- Zellüberwachungseinheit aufweist.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes
Batteriemanagementsystem;
Fig. 2 in einem Blockschaltbild eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes
Batteriemanagementsystem;
Fig. 3 in einem Blockschaltbild eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem.
In Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 ist jeweils als Blockschaltbild ein Batteriemanagementsystem 1 zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie dargestellt. Das in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Batteriemanagementsystem 1 umfasst dabei jeweils eine Steuergeräteeinheit 2, mehrere Zellüberwachungseinheiten 3, 5 (in den Figuren sind jeweils aus Gründen der besseren Übersicht nur drei Zellüberwachungseinheiten dargestellt), eine Trenneinheit 4 zur galvanischen Trennung der Batterie von
einer Verbraucher- und/oder Ladeeinrichtung, ein Kommunikationssystem und eine Strommesseinrichtung 6, welche insbesondere als Shunt realisiert sein kann. Insbesondere ist eine Verwendung der in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Battehemanagementsystenne 1 in in Elektrofahrzeugen eingesetzten Batteriesystemen vorgesehen.
Eine Übertragung von Daten von den Zellüberwachungseinheiten 3, 5 der in den Figuren dargestellten Battehemanagementsystenne 1 erfolgt unter Nutzung des Kommunikationssystems nach dem Master-Slave-Prinzip. Eine Zellüberwachungseinheit 5 ist dabei als Master ausgebildet, die anderen Zellüberwachungseinheiten 3 sind als Slave ausgebildet. Die als Master ausgebildete Zellüberwachungseinheit 5 (Master-Zellüberwachungseinheit) gewährt den anderen Zellüberwachungseinheiten 3 (Slave- Zellüberwachungseinheiten) befristet den Zugriff. Die Master- Zellüberwachungseinheit 5 bestimmt so die Kommunikationshäufigkeit durch Abfragen der dieser untergeordneten Slave-Zellüberwachungseinheiten 3. Eine Slave-Zellüberwachungseinheit 3 antwortet vorzugsweise nur, wenn diese von der Master-Zellüberwachungseinheit 5 angesprochen wird. Das Kommunikationssystem der in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 jeweils dargestellten Batteriemanagementsysteme 1 umfasst eine erste Kommunikationsleitung 1 1 und eine zweite Kommunikationsleitung 12, wobei die erste Kommunikationsleitung 1 1 und die zweite Kommunikationsleitung 12 die Zellüberwachungseinheiten 3, 5 zur Übertragung von Daten miteinander verbinden, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master- Zellüberwachungseinheit 5 und den Slave-Zellüberwachungseinheiten 3 vorzugsweise nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt.
Wie in Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 durch die unterschiedlichen Schraffuren kenntlich gemacht, ist das Batteriemanagementsystem 1 jeweils teilweise an einen Hochspannungskreis (Schraffur von links unten nach rechts oben) und teilweise an einen Niederspannungskreis (Schraffur von links oben nach rechts unten) angeschlossen. Das Batteriemanagementsystem 1 ist dabei dementsprechend teilweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential (HV
Potential, HV: High Voltage) und teilweise zum Betrieb auf Niederspannungspotential (LV Potential, LV: Low Voltage) ausgebildet. Die Slave-Zellüberwachungseinheiten 3 sind ausschließlich zum Betrieb auf Hochspannungspotential und nicht zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet. Die Master-Zellüberwachungseinheit 5 ist zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet. Auf der Master-Zellüberwachungseinheit 5 erfolgt dabei eine galvanische Trennung zwischen Hochspannungspotential und Niederspannungspotential.
Die Trenneinheit 4 zur galvanischen Trennung einer Batterie von einer Verbraucher- und/oder Ladeeinrichtung der in den Figuren dargestellten Batteriemanagementsysteme 1 umfasst jeweils eine Auswerteeinheit (in den Figuren nicht explizit dargestellt) und eine Steuereinrichtung (in den Figuren nicht explizit dargestellt). Die Steuereinrichtung der Trenneinheit 4 ist dabei zur Ansteuerung von Schaltelementen der Trenneinheit 4 (in den Figuren nicht explizit dargestellt) ausgebildet, wobei über die Schaltelemente eine Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung galvanisch trennbar ist. Die Trenneinheit 4 weist ferner jeweils einen Hochspannungsbereich (Schraffur von links unten nach rechts oben) und einen Niederspannungsbereich (Schraffur von links oben nach rechts unten) auf und ist dementsprechend zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet. Die Strommesseinrichtung 6 des Batteriemanagementsystems 1 , insbesondere ein Shunt, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils über eine Kommunikationsverbindung 9, vorzugsweise einen LIN-Bus, direkt mit dem Hochspannungsbereich der Trenneinheit 4 verbunden. Somit ist vorteilhafterweise eine direkte Kommunikation zwischen den Komponenten zur Messung des Stroms (Strommesseinrichtung 6) und der Trenneinheit 4 realisiert, wodurch der sicherheitskritische Pfad über die Kommunikationsverbindung 9 kurz ist. Die Trenneinheit 4 ist vorteilhafterweise des Weiteren ausgebildet, ein über die Signalleitung 7 gesendetes Crash-Signal als Daten zu empfangen und auszuwerten, um bei Bedarf eine galvanische Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung auszulösen. Ferner ist die
Trenneinheit 4 vorteilhafterweise ausgebildet, ein HV-Interlock-Signal (HV: High Voltage) zu überwachen, welches der Trenneinheit 4 über die Signalleitung 8 bereitgestellt wird. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine redundante Übertragung von sicherheitsrelevanten Informationen zwischen den Zellüberwachungseinheiten 3, 5 und der Trenneinheit 4. Dazu umfasst das Kommunikationssystem einen Kommunikations-Bus 1 1 ", welcher als CAN-Bus ausgebildet ist und über welchen die Kommunikation zwischen der Master- Zellüberwachungseinheit 5 und der Steuergeräteeinheit 2 sowie zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit 5 und der Trenneinheit 4 erfolgt. Die Master- Zellüberwachungseinheit 5 ist dabei zur Umsetzung eines proprietären Daisy- Chain-Protokolls in ein CAN-Protokoll ausgebildet. Die zweite Kommunikationsleitung 12, welche die Zellüberwachungseinheiten 3, 5 miteinander verbindet, verbindet bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zudem die Master-Zellüberwachungseinheit 5 mit der Trenneinheit 4. Eine Übertragung von Daten erfolgt dabei über die Kommunikationsleitung 12 gemäß dem Daisy-Chain-Prinzip auf Hochspannungspotential. Die zweite Kommunikationsleitung 12 zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit 5 und der Trenneinheit 4 ist dabei vorteilhafterweise als Alarm-Line ausgebildet. Über die Kommunikationsleitung 12 kann die Master-Zellüberwachungseinheit 5 vorteilhafterweise direkt Einfluss auf die Schaltelementsteuerung der Trenneinheit 4 nehmen.
Das Kommunikationssystem des in Fig. 1 dargestellten Batteriemanagementsystems 1 weist ferner einen weiteren Kommunikations- Bus 14 auf, über welchen die Steuergeräteeinheit 2 mit einer Fahrzeugsteuergeräteeinheit 10 zum Austausch von Daten verbunden ist. Der Kommunikations-Bus 14 ist dabei vorzugsweise ebenfalls ein CAN-Bus. Die Fahrzeugsteuergeräteeinheit 10 ist vorzugsweise eine sogenannte Vehicle- Control-Unit (VCU), welche insbesondere Funktionalitäten, wie die Koordination des Antriebsmomentes, das Lademanagement und/oder die Kontrolle über Fahrzeugzustände, wie Laden, Fahren, Parken usw., ausübt. Von der
Steuergeräteeinheit 2 empfangene und/oder ausgewertete Daten können dabei über den Kommunikations-Bus 14 an die Fahrzeugsteuergeräteeinheit 10 übertragen werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Batteriemanagementsystem 1 umfasst das Kommunikationssystem eine erste Kommunikationsleitung 1 1 und eine zweite Kommunikationsleitung 12, wobei die erste Kommunikationsleitung 1 1 und die zweite Kommunikationsleitung 12 die Zellüberwachungseinheiten 3, 5 zur Übertragung von Daten miteinander verbinden. Ferner verbindet die erste Kommunikationsleitung 1 1 ' die Master- Zellüberwachungseinheit 5 mit der Steuergeräteeinheit 2 zur Übertragung von Daten, wobei die Übertragung von Daten von den Slave- Zellüberwachungseinheiten 3 über die Master-Zellüberwachungseinheit 5 an die Steuergeräteeinheit 2 nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt, vorzugsweise unter Nutzung eines Serial Peripheral Interface (SPI). Die zweite Kommunikationsleitung 12' verbindet ferner die Master- Zellüberwachungseinheit 5 zur Übertragung von Daten mit der Trenneinheit 4, wobei eine Übertragung von Daten über die zweite Kommunikationsleitung 12' auf Niederspannungspotential erfolgt. Sämtliche sicherheitsrelevante Daten werden vorteilhafterweise über die zweite Kommunikationsleitung 12' redundant zu den über die erste Kommunikationsleitung 1 1 ' übertragenen Daten kommuniziert. Die zweite Kommunikationsleitung 12' führt dabei von den Slave- Zellüberwachungseinheiten 3 über die Master-Zellüberwachungseinheit 5 direkt zu der Trenneinheit 4. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise direkt von der Master-Zellüberwachungseinheit 5 Einfluss auf die Steuerung der Schaltelemente der Trenneinheit 4 genommen werden. Von der Steuergeräteeinheit 2 empfangene Daten können darüber hinaus über eine weitere Kommunikationsleitung 13, welche die Steuergeräteeinheit 2 zur Übertragung von Daten mit der Trenneinheit 4 verbindet, an die Trenneinheit 4 übertragen werden. Ferner ist vorgesehen, dass bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuergeräteeinheit 2 über einen Kommunikations-Bus 14 empfangene und/oder ausgewertete Daten an eine weitere Steuergeräteeinheit 10 weiterleiten kann.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Batteriemanagementsystem 1 ist die Steuergeräteeinheit 2 eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit, welche in das Batteriemanagementsystem 1 integriert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuergeräteeinheit 2 eine Vehicle Control Unit (VCU) ist. Die Steuergeräteeinheit 2 ist vorteilhafterweise ausgebildet sämtliche nicht sicherheitsrelevanten Funktionen des Batteriemanagementsystems 1 auszuführen, beispielsweise die Bestimmung des State of Charge (SOC) und/oder die Bestimmung des State of Health (SOH). Die Trenneinheit 4 des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels ist dabei ausgebildet, sämtliche sicherheitsrelevanten Funktionen des Batteriemanagementsystems 1 auszuführen. Dazu werden von den Zellüberwachungseinheiten 3, 5 erfasste Betriebsparameter, insbesondere Batteriezellspannungen und/oder Batteriezelltemperaturen, an die Steuergeräteeinheit 2 und an die Trenneinheit 4 übertragen. Dabei ist vorgesehen, dass eine Übertragung von den Slave- Zellüberwachungseinheiten 3 an die Master-Zellüberwachungseinheit 5 gemäß dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt. Die Master-Zellüberwachungseinheit 5 umfasst dabei vorteilhafterweise einen Daisy-Chain-Host Rechner. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Slave-Zellüberwachungseinheiten 3 mit der Master-Zellüberwachungseinheit 5 nach dem Daisy-Chain-Prinzip mit proprietären Protokoll, insbesondere unter Nutzung eines SPI, kommunizieren.
Die Master-Zellüberwachungseinheit 5 ist in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel über einen CAN-Bus 1 1 " mit der Steuergeräteeinheit 2 zur Übertragung von Daten verbunden. Auf der Master-Zellüberwachungseinheit 5 erfolgt dabei die Umsetzung des proprietären Daisy-Chain-Protokolls in das CAN-Protokoll. Darüber hinaus ist die Master-Zellüberwachungseinheit 5 über die zweite Kommunikationsleitung 12' direkt mit der Trenneinheit 4 zur Übertragung von Daten verbunden. Die zweite Kommunikationsleitung 12' ist dabei vorzugsweise als Alarm-Line ausgebildet. Die galvanische Trennung der zweiten Kommunikationsleitung 12, 12' zwischen Hochspannungspotential (zweite Kommunikationsleitung 12) und Niederspannungspotential (zweite Kommunikationsleitung 12') erfolgt auf der Master-Zellüberwachungseinheit 5.
Die Kommunikationsleitung 12' kann somit direkt an den Niederspannungsbereich der Trenneinheit 4 angebunden werden.
Des Weiteren verbindet bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kommunikations-Bus 15, vorzugsweise ebenfalls ein CAN-Bus, die Steuergeräteeinheit 2 mit dem Niederspannungsbereich der Trenneinheit 4 zur Übertragung von Daten. An die Steuergeräteeinheit 2 von der Master- Zellüberwachungseinheit 5 übertragene Daten können dabei vorteilhafterweise von der Steuergeräteeinheit 2 an die Trenneinheit 4 weitergeleitet werden, sodass eine redundante Übertragung von Daten von der Master- Zellüberwachungseinheit 5 an die Trenneinheit 4 ermöglicht ist. Während die Übertragung von Daten über den Kommunikations-Bus 15 dabei vorzugsweise gemäß dem CAN-Protokoll erfolgt, ist vorgesehen, dass die Übertragung von Daten von den Slave-Zellüberwachungseinheiten 3 über die Master- Zellüberwachungseinheit 5 an die Trenneinheit 4 nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Claims
Ansprüche
Battehemanagementsystenn (1 ) zum Uberwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie, welches eine Steuergeräteeinheit (2), eine Trenneinheit (4) zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung, eine Mehrzahl von jeweils wenigstens einer Batteriezelle zuzuordnenden Zellüberwachungseinheiten (3, 5) und ein Kommunikationssystem zum Senden und/oder Empfangen von Daten umfasst, wobei das Batteriemanagementsystem (1 ) teilweise zum Betrieb auf Hochspannungspotential und teilweise zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragung von Daten von den Zellüberwachungseinheiten (3, 5) unter Nutzung des Kommunikationssystems nach dem Master-Slave- Prinzip erfolgt, wobei eine der Zellüberwachungseinheiten eine Master- Zellüberwachungseinheit (5) ist, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, und wobei die weiteren Zellüberwachungseinheiten Slave- Zellüberwachungseinheiten (3) sind, welche zum Betrieb auf Hochspannungspotential ausgebildet sind.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Zellüberwachungseinheit (5) über das Kommunikationssystem mit der Steuergeräteeinheit (2) und mit der Trenneinheit (4) zur Übertragung von Daten verbunden ist.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräteeinheit (2) zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, wobei eine Übertragung von
Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit (5) und der Steuergeräteeinheit (2) auf Niederspannungspotential erfolgt.
Batte emanagementsystenn (1 ) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (4) eine Auswerteeinheit zur Auswertung empfangener Daten aufweist und dass die Trenneinheit (4) zum Betrieb auf Hochspannungspotential und zum Betrieb auf Niederspannungspotential ausgebildet ist, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit (5) und der Trenneinheit (4) auf Hochspannungspotential und/oder auf Niederspannungspotential erfolgt.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem eine erste Kommunikationsleitung (1 1 ) und/oder eine zweite Kommunikationsleitung (12) umfasst, wobei die erste Kommunikationsleitung (1 1 ) und/oder die zweite Kommunikationsleitung (12) die Zellüberwachungseinheiten (3, 5) zur Übertragung von Daten miteinander verbindet, wobei eine Übertragung von Daten zwischen der Master-Zellüberwachungseinheit (5) und den Slave- Zellüberwachungseinheiten (3) nach dem Daisy-Chain-Prinzip auf Hochspannungspotential erfolgt.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommunikationsleitung (1 1 ') ferner die Master-Zellüberwachungseinheit (5) mit der Steuergeräteeinheit (2) zur Übertragung von Daten verbindet, wobei eine Übertragung von Daten von den Slave-Zellüberwachungseinheiten (3) über die Master- Zellüberwachungseinheit (5) zu der Steuergeräteeinheit (2) nach dem Daisy-Chain-Prinzip erfolgt.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationsleitung (12') ferner die Master-Zellüberwachungseinheit (5) mit der Trenneinheit (4) zur
Übertragung von Daten verbindet, wobei eine Übertragung von Daten von den Slave-Zellüberwachungseinheiten (3) über die Master- Zellüberwachungseinheit (5) zu der Trenneinheit (4) nach dem Daisy- Chain-Prinzip erfolgt.
Battehemanagementsystenn (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem wenigstens einen Kommunikations-Bus (1 1 ") umfasst, welcher die Master- Zellüberwachungseinheit (5) mit der Steuergeräteeinheit (2) und/oder die Master-Zellüberwachungseinheit (5) mit der Trenneinheit (4) zur Übertragung von Daten verbindet.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem einen weiteren Kommunikations-Bus (14) umfasst, wobei die Steuergeräteeinheit (2) über den weiteren Kommunikations-Bus (14) zur Übertragung von Daten mit einer weiteren Steuergeräteeinheit (10) verbindbar ist.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräteeinheit (2) über das Kommunikationssystem mit der Trenneinheit (4) zur Übertragung von Daten verbunden ist.
Batteriemanagementsystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergeräteeinheit (2) eine Fahrzeugsteuergeräteeinheit ist, welche zur Ausführung zentraler Steuerungsaufgaben eines Batteriemanagementsystems ausgebildet ist.
Batteriesystem mit einer nachladbaren, eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassenden Batterie und einem Batteriemanagementsystem (1 ) zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (1 ) ein Batteriemanagementsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201480072577.1A CN105874643B (zh) | 2014-01-08 | 2014-12-30 | 用于对电池的运行进行监控和调节的电池管理***和具有这样的电池管理***的电池*** |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014200111.0 | 2014-01-08 | ||
DE102014200111.0A DE102014200111A1 (de) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2015104197A1 true WO2015104197A1 (de) | 2015-07-16 |
Family
ID=52292933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2014/079409 WO2015104197A1 (de) | 2014-01-08 | 2014-12-30 | Batteriemanagementsystem zum überwachen und regeln des betriebs einer batterie und batteriesystem mit einem solchen batteriemanagementsystem |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105874643B (de) |
DE (1) | DE102014200111A1 (de) |
WO (1) | WO2015104197A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108215819A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-06-29 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 非车载充电机数据传输方法、***、bms及监控终端 |
CN108337143A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-27 | 上海炙云新能源科技有限公司 | 通信结构、通信***及通信方法 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016115807A1 (de) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | HELLA GmbH & Co. KGaA | Adapter für ein Batteriemanagementsystem und Batteriemanagementsystem |
WO2018056264A1 (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | オートモーティブエナジーサプライ株式会社 | 電池システム |
DE102016220262A1 (de) * | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Robert Bosch Gmbh | Elektromechanischer Adapter, Energiespeichersystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichersystems |
DE102016222515A1 (de) | 2016-11-16 | 2018-05-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Nachrichtenübertragung in einem Rechnernetz |
DE102016223154A1 (de) * | 2016-11-23 | 2018-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Batterieeinheit |
DE102017211468A1 (de) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Mastersteuergerät für ein Batteriesystem |
DE102017212794A1 (de) | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen von Ladezuständen einzelner Batterien eines Batteriesystems |
DE102018201690A1 (de) * | 2018-02-05 | 2019-08-08 | Robert Bosch Gmbh | Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems und Elektrofahrzeug |
CN110962609A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-07 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 一种用于电池的bms采集***及方法 |
EP3998667A1 (de) * | 2021-02-19 | 2022-05-18 | Lilium eAircraft GmbH | Batterieverwaltungssystem für ein elektrisches luftfahrzeug |
CN113147630B (zh) * | 2021-04-30 | 2023-04-25 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种模式控制方法、***、可读存储介质及车辆 |
CN114506245B (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-15 | 山西维度空间信息科技有限公司 | 一种动力电池充放电管理方法、装置、电子设备及介质 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6133709A (en) * | 1997-01-21 | 2000-10-17 | Metrixx Limited | Signalling system |
US20080086247A1 (en) | 2006-10-10 | 2008-04-10 | Hyundai Motor Company | Battery management system for vehicles |
WO2008055505A1 (en) | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Lithium Balance A/S | A battery management system |
US20100052428A1 (en) | 2008-09-03 | 2010-03-04 | Omron Corporation | Multi-cell battery system, and management number numbering method |
US20110049977A1 (en) | 2009-09-01 | 2011-03-03 | Boston-Power, Inc. | Safety and performance optimized controls for large scale electric vehicle battery systems |
US20120235483A1 (en) | 2011-03-18 | 2012-09-20 | Johnson Controls Technology Llc | Battery power source control and current detection systems and methods |
US20120242144A1 (en) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | Ford Global Technologies Llc | Vehicle battery cell with integral control circuit |
WO2012165771A2 (ko) | 2011-05-31 | 2012-12-06 | 주식회사 엘지화학 | 모듈화된 bms 연결 구조를 포함하는 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법 |
DE102011085787A1 (de) * | 2011-11-04 | 2013-05-08 | Sb Limotive Company Ltd. | Batteriemanagementeinheit mit einer Vielzahl von Überwachungs-IC Chips |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE431933T1 (de) * | 1998-07-21 | 2009-06-15 | Metrixx Ltd | Signalisierungssystem |
FR2899340B1 (fr) * | 2006-03-31 | 2008-05-23 | Atmel Grenoble Soc Par Actions | Circuit de mesure et controle de tensions differentielles |
US9270133B2 (en) * | 2007-04-02 | 2016-02-23 | Linear Technology Corporation | Monitoring cells in energy storage system |
CN101119036B (zh) * | 2007-07-23 | 2011-01-19 | 柏禄帕迅能源科技有限公司 | 用于电动汽车的电池管理*** |
US8212522B2 (en) * | 2008-02-12 | 2012-07-03 | Leah M. Piatkowski, legal representative | Energy storage module |
DE102009020178A1 (de) * | 2009-05-06 | 2010-11-11 | Continental Automotive Gmbh | System zum Speichern von Energie |
US9263776B2 (en) * | 2011-01-06 | 2016-02-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery system and energy storage system including the same |
JP5498414B2 (ja) * | 2011-02-28 | 2014-05-21 | 株式会社東芝 | 試験装置および電池パックの試験方法 |
JP5718731B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2015-05-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 電圧監視システム及び電圧監視モジュール |
-
2014
- 2014-01-08 DE DE102014200111.0A patent/DE102014200111A1/de active Pending
- 2014-12-30 WO PCT/EP2014/079409 patent/WO2015104197A1/de active Application Filing
- 2014-12-30 CN CN201480072577.1A patent/CN105874643B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6133709A (en) * | 1997-01-21 | 2000-10-17 | Metrixx Limited | Signalling system |
US6404166B1 (en) | 1997-01-21 | 2002-06-11 | Metrixx Limited | Signalling system |
US20080086247A1 (en) | 2006-10-10 | 2008-04-10 | Hyundai Motor Company | Battery management system for vehicles |
WO2008055505A1 (en) | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Lithium Balance A/S | A battery management system |
US20100052428A1 (en) | 2008-09-03 | 2010-03-04 | Omron Corporation | Multi-cell battery system, and management number numbering method |
US20110049977A1 (en) | 2009-09-01 | 2011-03-03 | Boston-Power, Inc. | Safety and performance optimized controls for large scale electric vehicle battery systems |
US20120235483A1 (en) | 2011-03-18 | 2012-09-20 | Johnson Controls Technology Llc | Battery power source control and current detection systems and methods |
US20120242144A1 (en) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | Ford Global Technologies Llc | Vehicle battery cell with integral control circuit |
WO2012165771A2 (ko) | 2011-05-31 | 2012-12-06 | 주식회사 엘지화학 | 모듈화된 bms 연결 구조를 포함하는 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법 |
DE102011085787A1 (de) * | 2011-11-04 | 2013-05-08 | Sb Limotive Company Ltd. | Batteriemanagementeinheit mit einer Vielzahl von Überwachungs-IC Chips |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108215819A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-06-29 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 非车载充电机数据传输方法、***、bms及监控终端 |
CN108215819B (zh) * | 2016-12-22 | 2024-03-01 | 宇通客车股份有限公司 | 非车载充电机数据传输方法、***、bms及监控终端 |
CN108337143A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-27 | 上海炙云新能源科技有限公司 | 通信结构、通信***及通信方法 |
CN108337143B (zh) * | 2018-02-05 | 2024-03-01 | 上海炙云新能源科技有限公司 | 通信结构、通信***及通信方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105874643B (zh) | 2019-05-28 |
DE102014200111A1 (de) | 2015-07-09 |
CN105874643A (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2015104197A1 (de) | Batteriemanagementsystem zum überwachen und regeln des betriebs einer batterie und batteriesystem mit einem solchen batteriemanagementsystem | |
WO2015104201A1 (de) | Batteriemanagementsystem zum überwachen und regeln des betriebs einer batterie und batteriesystem mit einem solchen batteriemanagementsystem | |
EP3138175B1 (de) | Energieübertragungsvorrichtung und bordnetz | |
WO2016015989A1 (de) | Batteriesystem und verfahren zu dessen betrieb | |
DE102013220684A1 (de) | Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem | |
EP2181480B2 (de) | Akku- bzw. batteriepack | |
DE102010016175A1 (de) | Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung sowie Verfahren zu deren Verwendung | |
DE102018210943B4 (de) | Bordnetz für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug | |
EP2817976B1 (de) | Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein verfahren zum übertragen von batteriesensordaten | |
EP2815451B1 (de) | Verfahren zum überwachen einer batterie | |
DE102012222208A1 (de) | Verfahren zum gesteuerten Verbinden mehrerer Bordnetzzweige eines Fahrzeugs, Steuereinheit zur Ausführung des Verfahrens sowie Bordnetz | |
DE102012222720A1 (de) | Batteriemanagementsystem und Batteriesystem | |
EP3952053A1 (de) | Verfahren zum betreiben eines batteriesystems | |
DE102012222721A1 (de) | Batteriemanagementsystem und Batteriesystem | |
EP2715860B1 (de) | Sicherheitsarchitektur, batterie sowie ein kraftfahrzeug mit einer entsprechenden batterie | |
EP3033889B1 (de) | Elektromechanischer adapter | |
DE102018214658A1 (de) | Fehlererfassungsvorrichtung | |
DE102017218734A1 (de) | Hochspannungs-Betriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Hochspannung-Batteriesystems | |
DE102013206829A1 (de) | Verfahren und elektronisches Bauelement zum Übertragen von Steuersignalen zwischen unterschiedlichen Bordnetzen in einem Kraftfahrzeug | |
DE112019005692T5 (de) | Hilfsenergiesystem-architektur | |
EP2803109B1 (de) | Batterieanordnung für ein kraftfahrzeug | |
DE102013221580A1 (de) | Kopplungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Kopplungsvorrichtung | |
DE102014200094A1 (de) | Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem | |
DE102019211529B4 (de) | Fahrzeugbordnetz | |
WO2023104931A1 (de) | System zum versorgen eines elektrischen verbraucherkreises in einem fahrzeug mit energie und verfahren zum betreiben eines solchen systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14824492 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14824492 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |