DE102019216007A1 - Battery system for a motor vehicle, method for operating a battery system and motor vehicle - Google Patents
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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.The invention relates to a battery system (10) for a motor vehicle, comprising a negative pole (21), a positive pole (22), a battery module (5) for storing electrical energy, and a control unit (30) which is electrically connected in series with the Battery module (5) is connected so that the control unit (30) can flow through a charging current for charging the battery module (5). The control unit (30) is set up to time-limit the charging current flowing through the control unit (30) to the duration of a predetermined charging interval. The invention also relates to a method for operating a battery system (10) according to the invention, the control unit (30) being controlled in such a way that the charging current flowing through the control unit (30) is limited in time to the duration of a predetermined charging interval. The invention also relates to a motor vehicle which comprises at least one battery system (10) according to the invention, which is operated with the method according to the invention.
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.The invention relates to a battery system for a motor vehicle, which has a negative pole, a positive pole, a battery module for storing electrical energy and a control unit which is connected electrically in series with the battery module so that a charging current for charging the battery module can flow through the control unit is, includes. The invention also relates to a method for operating a battery system according to the invention. The invention also relates to a motor vehicle which comprises at least one battery system according to the invention that is operated according to the method according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
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.Conventional motor vehicles have a drive which usually comprises an internal combustion engine. Furthermore, conventional motor vehicles include a battery system for supplying a starter and other consumers of the motor vehicle with electrical energy and a generator for charging the battery system. A generic battery system comprises a battery module with at least one, preferably with a plurality of battery cells, which are connected in series, for example, so that the battery module has a nominal voltage of 12 V, for example. Said battery cells are, for example, lithium-ion battery cells.
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.A generic battery system also comprises a switching device by means of which the battery module can be switched on, that is to say connected to an on-board network of the motor vehicle, and switched off, that is to say separated from the on-board network. When the battery module is switched on, the said nominal voltage supplied by the battery cells is applied between a positive pole and a negative pole of the battery system.
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.Due to the chemical properties of lithium ion battery cells, such a battery system must not be charged under certain environmental conditions, such as low temperatures. Otherwise the battery cells could be damaged by lithium plating. When using such a battery system in a vehicle electrical system that is not specifically designed for the use of lithium ion battery cells, the battery must then be disconnected from the electrical system in order to avoid charging the battery system by the generator.
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.Due to the slow control times of the generator in the vehicle electrical system, rapid load changes in the absence of buffering by a battery system lead to high transient overvoltages. These overvoltages, which are also referred to as load dumps, can lead to malfunctions and even damage to other components in the vehicle electrical system. A load dump is, for example, a voltage of 32 V that is applied for a duration of 300 ms.
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Das Dokument
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.A battery system for a motor vehicle is proposed. The battery system comprises a negative pole and a positive pole and a battery module for storing electrical energy. The battery module has, for example, several lithium-ion battery cells which are connected in series. The battery module supplies a nominal voltage of, for example, 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.The battery system further comprises a control unit, which is connected electrically in series with the battery module. A charging current for charging the battery module can thus flow through the control unit. When a charging current flows through the control unit, electrical energy is drawn from an on-board network of the motor vehicle. As a result, an overvoltage in the vehicle electrical system can be reduced in a targeted manner.
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.According to the invention, the control unit is set up to set the value of the charging current flowing through the control unit and to limit it in time to the duration of a predetermined charging interval. Preferably the duration is Charging interval less than or equal to 1 s.The duration of the charging interval is particularly preferably less than or equal to 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.Surprisingly, it was found that lithium plating can be avoided if the lithium ion battery cells of the battery system are only charged for the duration of relatively short charging intervals, that is, if the charging current is limited in time to the duration of a correspondingly short charging interval.
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.The control unit of the battery system can be controlled, for example, by a management system. The control unit is preferably activated accordingly only when a temperature of the lithium ion battery cells falls below a predetermined minimum temperature. At a higher temperature, the charging current can flow continuously; there is no need to limit the charging current over time.
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.Preferably, only the charging current for charging the battery module is limited in time. A discharge current for discharging the battery module and for supplying electrical consumers in the motor vehicle is not limited in time.
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.According to an advantageous development of the invention, the control unit comprises a series resistor. The series resistor is connected electrically in series with the battery module. The charging current for charging the battery module can thus flow through the series resistor. Electrical energy is converted into heat in the series resistor. Furthermore, the charging current is limited by the series resistor. By quickly switching the charging current on and off through the load resistor, an overvoltage in the on-board network can be reduced in a targeted manner by varying the ratio of switch-on and switch-off times.
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.According to an advantageous embodiment of the invention, the control unit comprises a buck converter. A step-down converter, which is also referred to as a “buck converter”, allows a desired charging current to be set with a relatively low power loss. By precisely setting the charging current, overvoltage in the vehicle electrical system can be reduced in a targeted manner.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the control unit comprises a control switch. The control switch is designed as a field effect transistor, in particular as a MOSFET. The control switch can be opened in the linear range until the desired current / voltage value is reached. The linear control can be implemented, for example, with an active clamping circuit. For this purpose, the control unit also includes a control diode which is electrically connected to a GATE connection and a DRAIN connection of the control switch. The control diode is preferably a Zener diode.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the control unit comprises a switching transistor and a series resistor. The switching transistor is designed as a field effect transistor, in particular as a MOSFET. The switching transistor can be permanently switched on or off. When the switch is switched on, a current flows from the positive pole of the battery system via the switching transistor and the series resistor to the positive terminal of the battery module, bypassing the switching unit. By quickly switching the switching transistor on and off, an overvoltage in the vehicle electrical system can be reduced in a targeted manner by varying the ratio of the switch-on and switch-off times.
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.According to an advantageous development of the invention, the battery system further comprises a chopper unit. The chopper unit has a chopper switch and a chopper resistor. The chopper unit is arranged electrically between the negative pole and the positive pole of the battery system in such a way that when the chopper switch is closed, a chopper current flows through the chopper resistor, bypassing the battery module. In the chopper resistor, electrical energy is converted into heat. By quickly switching the current on and off through the chopper resistor, an overvoltage in the on-board network can be reduced in a targeted manner by varying the ratio of switch-on and switch-off times.
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.The chopper switch is preferably designed as a field effect transistor, in particular as a MOSFET. The chopper unit preferably comprises a hysteresis controller which is electrically connected to the GATE connection, the DRAIN connection and the SOURCE connection of the chopper switch. In the event of an overvoltage in the vehicle electrical system, the hysteresis controller causes the chopper switch to operate in a clocked manner, which is then switched on and off relatively quickly until a desired mean value of the vehicle electrical system voltage is reached.
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.According to a preferred embodiment of the invention, the battery system further comprises a switching unit, which is connected electrically in series with the battery module and electrically in parallel with the control unit. By means of the switching unit, the battery module can be electrically connected to the two poles and also be electrically isolated from at least one of the poles. The switching unit is advantageously designed in such a way that a current for charging the battery module and a current for discharging of the battery module can be enabled or prevented independently of one another.
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.A method for operating a battery system according to the invention is also proposed. The control unit is controlled in such a way that the charging current flowing through the control unit is limited in time to the duration of a predetermined charging interval. The duration of the charging interval is preferably less than or equal to 1 s.Specifically, the duration of the charging interval is less than or equal to 500 ms. As a result, an overvoltage in the vehicle electrical system can be reduced in a targeted manner and lithium plating in the lithium-ion battery cells can be avoided.
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.Preferably, only the charging current for charging the battery module is limited in time. A discharge current for discharging the battery module and for supplying electrical consumers in the motor vehicle is not limited in time.
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.According to a preferred embodiment of the invention, the control unit is controlled in such a way that, immediately after the charging interval, a charging current flowing through the control unit is prevented for the duration of a predetermined rest interval. The rest interval is larger than the loading interval. The duration of the rest interval is preferably greater than or equal to 30 s, and the duration of the rest interval is particularly preferably greater than or equal to 60 s.
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.According to an advantageous development of the invention, the battery system comprises a chopper unit which has a chopper switch and a chopper resistor. The chopper switch is controlled in such a way that a chopper current flows through the chopper resistor, bypassing the battery module. In the chopper resistor, electrical energy is converted into heat, and an overvoltage in the on-board network is further reduced.
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.The chopper switch is preferably activated in a clocked manner. In clocked operation, the chopper switch is switched on and off relatively quickly, and a desired mean value of the on-board network voltage is established in the event of an overvoltage in the vehicle electrical system.
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.The chopper switch is particularly preferably controlled by a hysteresis controller. In the event of an overvoltage in the vehicle electrical system, the hysteresis controller causes the chopper switch to operate in a clocked manner, which is then switched on and off relatively quickly until a desired mean value of the vehicle electrical system voltage is reached.
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.The charging current is preferably set in such a way that an on-board electrical system voltage present between the positive pole and the negative pole is kept below a predetermined maximum value and / or is reduced to a setpoint value.
Es wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst dabei mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.A motor vehicle is also proposed. The motor vehicle according to the invention comprises at least one battery system according to the invention which is operated with the method according to the invention.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
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.The battery system according to the invention allows electrical power generated by the generator to be quickly dissipated, as a result of which transient overvoltages in the vehicle electrical system are reduced. As already mentioned, it was found that lithium plating can be avoided if the lithium ion battery cells are only charged for the duration of relatively short charging intervals, which are less than 1 s, preferably less than 500 ms. Lithium plating can be avoided even more safely if the duration of a rest interval between two charging intervals is significantly longer. Active control is used with the control unit, which stabilizes the voltage of the vehicle electrical system without an energy store being permanently connected to the vehicle electrical system. In operating states in which the battery system may not be charged, the battery system nevertheless remains as a stabilizing element in the vehicle electrical system, but is only supplied with the minimum current required. The use of a separate chopper unit with a chopper resistor allows additional dissipation of electrical power that is generated by the generator. An overvoltage in the vehicle electrical system can thus be effectively limited to a maximum value by means of the electronic control unit without charging the battery system. The control unit only draws enough power from the vehicle electrical system to limit the electrical system voltage to a permissible value. Damage to the lithium ion battery cells by lithium plating is thus advantageously prevented, and dangerous overvoltages in the vehicle electrical system are advantageously avoided.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen:
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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.
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1 a schematic representation of a battery system on an on-board network of a motor vehicle, -
2 a schematic representation of a control unit according to a first embodiment, -
3 a schematic representation of a control unit according to a second embodiment, -
4th a schematic representation of a control unit according to a third embodiment and -
5 a schematic representation of a chopper unit.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
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.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, with a repeated description of these elements in individual cases being dispensed with. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Das Batteriesystem
Das negative Terminal
Das Batteriesystem
Der Ladetransistor
Der Entladetransistor
Die Schalteinheit
Das Batteriesystem
Die Regeleinheit
Das Batteriesystem
Das Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst einen Generator G zum Laden des Batteriemoduls
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.The on-board network of the motor vehicle includes further consumers, which are shown here by way of example in the form of a load capacitor CL and a load resistor RL. Said consumers can be switched on and off by means of a load switch SL. There is also a line inductance LL, which is formed in particular by electrical lines in the motor vehicle. A load current IL flows through the consumers of the motor vehicle.
Das Batteriesystem
Der Schalttransistor
Ein DRAIN-Anschluss des Regelschalters
Die Regeldiode
Die Regeleinheit
Der DRAIN-Anschluss des Chopperschalters
Die Choppereinheit
Die Choppereinheit
Wenn die Bordnetzspannung VB einen Maximalwert von beispielsweise 16 V übersteigt, so schließt der Hystereseregler
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.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013204527 A1 [0006]DE 102013204527 A1 [0006]
- US 2014/0260233 A1 [0007]US 2014/0260233 A1 [0007]
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