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DE102011001107B3 - Circuit arrangement for use between electric energy storage and e.g. wheelchair, has separation element comprising plug fuse, where galvanic separation of power transfer lines takes place by separation unit with separation element - Google Patents

Circuit arrangement for use between electric energy storage and e.g. wheelchair, has separation element comprising plug fuse, where galvanic separation of power transfer lines takes place by separation unit with separation element Download PDF

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DE102011001107B3
DE102011001107B3 DE102011001107A DE102011001107A DE102011001107B3 DE 102011001107 B3 DE102011001107 B3 DE 102011001107B3 DE 102011001107 A DE102011001107 A DE 102011001107A DE 102011001107 A DE102011001107 A DE 102011001107A DE 102011001107 B3 DE102011001107 B3 DE 102011001107B3
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DE
Germany
Prior art keywords
circuit arrangement
separation
arrangement according
energy storage
wheelchair
Prior art date
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Active
Application number
DE102011001107A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Huber
Bernhard STUMPP
Paul-Gerhard BITZER
Frank Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alber GmbH
Original Assignee
Alber GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

The arrangement has a separation element comprising a plug fuse and a magnet, which actuates a reed relay or a reed switch. Functional coupling of signal lines of an electric energy storage is provided by a coupling element, which is galvanically separated. Power transfer lines (30) of the storage are galvanically separated by a separation unit (10) with the separation element. The coupling element is selected from a group consisting of an optocoupler, an operational amplifier with inductive or capacitive transmission, a relay and a semiconductor circuit with high-blocking transistors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem mittels des Energiespeichers betreibbaren Gerät, wobei der Energiespeicher mindestens zwei galvanisch trennbare Akkumulatoren aufweist, ein elektrisch betreibbares Gerät mit einem derartigen elektrischen Energiespeicher und einer derartigen Schaltungsanordnung sowie einen derartigen elektrischen Energiespeicher für ein elektrisch betreibbares Gerät mit einer dementsprechenden Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement between an electrical energy store and a device which can be operated by means of the energy store, the energy store having at least two galvanically separable accumulators, an electrically operable device having such an electrical energy store and such a circuit arrangement and such an electrical energy store for an electrically operable device with a corresponding circuit arrangement.

Die Erfindung betrifft das Problem der galvanischen Trennung, auch galvanische Entkopplung genannt. Hierunter versteht man im Allgemeinen eine elektrische Trennung zweier leitfähiger Gegenstände oder Stromkreise. Im Fall von Stromkreisen können bei einer galvanischen Trennung Ladungsträger nicht von einem Stromkreis in einen anderen fließen, da zwischen diesen beiden Stromkreisen keine elektrisch leitfähige Verbindung besteht.The invention relates to the problem of galvanic isolation, also called galvanic decoupling. This generally refers to an electrical separation of two conductive objects or circuits. In the case of circuits, carriers can not flow from one circuit to another in a galvanic isolation, since there is no electrically conductive connection between these two circuits.

In der DE 10 2008 064 037 A1 ist eine galvanische Trennung für einzelne Zellen von Akkumulatoren, sogenannten Akkupacks, vorgeschlagen worden. Insbesondere Akkupacks auf der Basis von Lithium-Ionen weisen eine vorteilhaft hohe Energiedichte auf. Aufgrund der mit dem Element Lithium zusammenhängenden Gefahr, dass unter bestimmten Umständen starke exotherme Reaktionen bis hin zu einer Entzündung des Akkupacks auftreten können, dürfen Lithium-Ionen-Akkumulatoren gemaß entsprechender Vorschriften der zivilen Luftfahrt nur dann in einem Flugzeug transportiert werden, wenn die Batterie eine Kapazität von zum Beispiel weniger als 100 Wh aufweist.In the DE 10 2008 064 037 A1 a galvanic isolation has been proposed for individual cells of accumulators, so-called battery packs. In particular, battery packs based on lithium ions have an advantageous high energy density. Due to the lithium element associated with the risk that in certain circumstances, strong exothermic reactions to the ignition of the battery pack may occur, lithium ion batteries may be transported in accordance with civil aviation regulations only in an aircraft if the battery Has a capacity of, for example, less than 100 Wh.

Bestimmte elektrisch betreibbare Geräte wie beispielsweise Fahrräder mit elektrischem Antrieb oder elektrischem Hilfsantrieb, elektrische Kleinfahrzeuge, Rollstuhlantriebe, elektrische Schiebehilfen für Rollstühle oder Treppensteigvorrichtungen benötigen allerdings einen Energiespeicher, der eine erheblich größere Energiemenge speichern muss als 100 Wh. Um einen derart leistungsfähigen Energiespeicher zu realisieren wird daher ein Akkupack der vorstehend erläuterten Art in mehrere Einzelakkumulatoren aufgeteilt, die jeder für sich genommen eine Kapazität von weniger als 100 Wh aufweist. Diese einzelnen Akkumulatoren müssen jedoch galvanisch getrennt sein. Dies ist in der Regel teuer und aufwendig. Insbesondere bei Energiespeichern für elektrisch betreibbare Geräte der vorstehend genannten Art ist es zudem erforderlich, dass eine derartige temporäre Trennung für den Flugbetrieb auch von technisch nicht versierten Personen mit nur wenigen Handgriffen durchgeführt und beim späteren Betrieb zusammen mit dem elektrisch betreibbaren Gerät, wieder aufgehoben werden kann. Die DE 10 2008 064 037 A1 schlägt hierzu eine Schaltungsanordnung vor, die mit dem Einsetzen des Energiespeichers in das Gerät die elektrischen Anschlüsse der einzelnen Akkumulator-Kapazitäten zur Erzeugung einer Gesamtkapazität elektrisch zusammenschaltet.However, certain electrically operable devices such as bicycles with electric drive or electric auxiliary drive, electric small vehicles, wheelchair drives, electric sliding aids for wheelchairs or stair climbing devices require an energy storage device that has to store a significantly larger amount of energy than 100 Wh. To realize such a powerful energy storage is therefore a battery pack of the type described above divided into several individual batteries, each of which has a capacity of less than 100 Wh taken alone. However, these individual batteries must be galvanically isolated. This is usually expensive and expensive. In particular, in energy storage for electrically operable devices of the aforementioned type, it is also necessary that such a temporary separation for the flight operation by technically unexperienced persons performed in a few steps and can be repealed during later operation together with the electrically operable device again , The DE 10 2008 064 037 A1 proposes for this purpose a circuit arrangement which electrically interconnects the insertion of the energy store in the device, the electrical connections of the individual accumulator capacities for generating a total capacity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesbezüglich eine verbesserte Lösung bereitzustellen.The invention is based on the object to provide an improved solution in this regard.

Das hierzu zu lösende technische Problem wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1, ein elektrisch betreibbares Gerät gemäß Patentanspruch 9 und einen elektrischen Energiespeicher gemäß Patentanspruch 11 gelöst.The technical problem to be solved for this purpose is solved by a circuit arrangement according to claim 1, an electrically operable device according to claim 9 and an electrical energy storage device according to claim 11.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Gemäß Patentanspruch 1 wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt zwischen einem elektrischen Energiespeicher, der mindestens zwei galvanisch trennbare Akkumulator-Kapazitäten sowie Energieübertragungsleitungen und Signalleitungen aufweist, und einem mittels des Energiespeichers betreibbaren Gerät. Die galvanische Trennung wird erfindungsgemäß bei den Energieübertragungsleitungen einerseits und den Signalleitungen andererseits auf unterschiedliche Weise bereitgestellt. Bei den Signalleitungen erfolgt die funktionale Kopplung durch mindestens ein galvanisch trennendes Koppelelement. Bei den Energieübertragungsleitungen erfolgt die galvanische Trennung durch ein betätigbares Trennglied mit mindestens einem Trennelement.According to claim 1, a circuit arrangement is provided between an electrical energy store, which has at least two galvanically separable accumulator capacities and energy transmission lines and signal lines, and a device which can be operated by means of the energy store. The galvanic isolation is provided according to the invention in the energy transmission lines on the one hand and the signal lines on the other hand in different ways. In the signal lines, the functional coupling is carried out by at least one galvanically isolating coupling element. In the power transmission lines, the galvanic isolation is effected by an actuatable isolator with at least one separator.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann das Trennglied manuell betätigbar sein.In a first preferred embodiment, the separating member can be manually actuated.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Trennglied automatisch betätigbar sein. Dies bedeutet, dass die Betätigung nicht unmittelbar manuell an dem Trennglied erfolgt, sondern in Verbindung mit anderen Funktionen, die ihrerseits jedoch auch wieder manuell ausgelöst werden können. So kann beispielsweise das Umlegen eines Griffs oder Schalthebels von einer Ruhestellung in eine Fahrtstellung bewirken, dass gleichzeitig das Trennglied betätigt wird, wobei die diesbezügliche Koppelung zwischen dem Griff oder Schalthebel einerseits und dem Trennglied andererseits mechanisch, elektrisch oder auf andere Weise ausgeführt sein kann.In a further preferred embodiment, the separating member can be actuated automatically. This means that the operation is not directly done manually on the separator, but in conjunction with other functions, which in turn, however, can be manually triggered again. Thus, for example, the flipping of a handle or gearshift lever from a rest position to a driving position can cause the disconnecting member to be actuated at the same time, the relative coupling between the handle or gearshift lever on the one hand and the disconnector member on the other hand being mechanical, electrical or otherwise.

Ein galvanisch trennendes Koppelelement zur funktionalen Kopplung der Signalleitungen kann beispielsweise ein Optokoppler, ein Operationsverstärker mit induktiver oder kapazitiver Übertragung, ein Relais oder eine Halbleiterschaltung, insbesondere mit hoch sperrenden Transistoren zur Überwindung wechselnder Potentialdifferenzen, sein.An electrically isolating coupling element for the functional coupling of the signal lines can be, for example, an optocoupler, an operational amplifier with inductive or capacitive transmission, a relay or a semiconductor circuit, especially with high-blocking transistors to overcome changing potential differences, be.

Ein manuell betätigbares Trennglied zur galvanischen Trennung der Energieübertragungsleitungen kann ein Trennelement aufweisen, das beispielsweise eine Stecksicherung sein kann oder ein Magnet, wobei letzterer dazu ausgelegt ist, ein Reed-Relais oder einen Reed-Schalter zu betätigen. Mehrere dieser Trennglieder können in einem herausziehbaren Träger zusammengefasst sein. Es versteht sich, dass der Begriff „Herausziehen” hierbei jegliche Art von mechanischer Trennung umfasst, beispielsweise auch Herausklappen oder Herausschwenken.A manually operable isolator for electrical isolation of the power transmission lines may include a separator, which may be, for example, a fuse or a magnet, the latter being adapted to operate a reed relay or a reed switch. Several of these separators can be combined in a pull-out carrier. It is understood that the term "pulling out" in this case includes any type of mechanical separation, for example, fold out or swinging out.

Die erfindungsgemäße Aufteilung der Mittel zur Bereitstellung der galvanischen Trennung in mechanische Mittel im Falle der Energieubertragungsleitungen und Koppelelemente im Falle der Signalleitungen bietet sowohl technische als auch ökonomische Vorteile. Im Falle der Energieübertragungsleitungen werden kostengünstig zu fertigende Mittel verwendet. Die Übertragung von vergleichsweise hohen Strömen kann somit kostengünstig erfolgen. Zudem werden bei Energieübertragungsleitungen an die Übertragungsqualität vergleichsweise geringe Anforderungen gestellt, denen die kostengünstigen mechanischen Mittel genügen.The division of the means according to the invention for providing the electrical isolation into mechanical means in the case of the energy transmission lines and coupling elements in the case of the signal lines offers both technical and economic advantages. In the case of the power transmission lines, means to be manufactured are used inexpensively. The transmission of comparatively high currents can thus be carried out inexpensively. In addition, comparatively low requirements are placed on energy transmission lines to the transmission quality, which satisfy the cost-effective mechanical means.

Im Falle der Signalleitungen, die eine hohe Übertragungsqualität erfordern, die durch wiederholte mechanische Trennung leiden könnte, werden galvanisch trennende Koppelelemente eingesetzt. Diese sind im Falle von Signalleitungen jedoch vergleichsweise kostengünstig, da keine hohen Ströme übertragen werden müssen.In the case of the signal lines, which require a high transmission quality, which could suffer from repeated mechanical separation, galvanically isolating coupling elements are used. However, these are relatively inexpensive in the case of signal lines, since no high currents must be transmitted.

Dadurch, dass das Trennglied manuell betätigbar ist, kann es für den Transport in einem Flugzeug in einfacher Art und Weise in eine trennende Stellung gebracht werden, ohne dass der Energiespeicher aus dem Gerat entnommen oder von diesem getrennt werden muss. Für die Inbetriebnahme ist die Aufhebung der Trennung ebenfalls durch einen einfachen Handgriff, beispielsweise durch das Einschieben eines Trägers, möglich.Because the separating member can be actuated manually, it can be brought into a separating position for transport in an aircraft in a simple manner, without having to remove the energy store from the device or separate it from the device. For the commissioning of the separation is also possible by a simple handle, for example by the insertion of a carrier.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, in derThe invention will be explained below with reference to a preferred embodiment in conjunction with the drawings, in which

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt, 1 shows an embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

2 eine schematische Darstellung der Kommunikationswege der Schaltungsanordnung gemäß 1 zeigt, 2 a schematic representation of the communication paths of the circuit according to 1 shows,

3 eine Ausführungsform eines manuell betätigbaren Trennglieds gemäß der Erfindung zeigt, 3 shows an embodiment of a manually operable isolator according to the invention,

4 eine auseinander gezogene Darstellung des Trennglieds gemäß 3 zeigt, 4 an exploded view of the separator according to 3 shows,

5 eine Darstellung eines Energiespeichers zusammen mit einem herausgezogenen Trennglied zeigt, 5 shows a representation of an energy storage together with an extracted separator,

6 eine Darstellung gemäß 5 ist, bei der eine Steckleiste aus dem Energiespeicher herausgezogen ist zur Darstellung der Energieübertragungsleitungen, und 6 a representation according to 5 is, in which a connector strip is pulled out of the energy storage for displaying the power transmission lines, and

7 eine Schnittdarstellung durch den Energiespeicher gemäß 5 und das Trennglied gemäß 3 ist. 7 a sectional view through the energy storage according to 5 and the isolator according to 3 is.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß 1 umfasst die Gesamtelektronik einen Bereich HMI (Human Machine Interface), der die Schnittstelle zwischen Bediener beziehungsweise Benutzer einerseits und Vorrichtung andererseits betrifft, einen Bereich BMS (Battery Management System), der das Management der Batterie betrifft, und einen Bereich BCS (Battery Charge System), der das Ladesystem der Batterie betrifft.In the circuit arrangement according to 1 For example, the entire electronic system includes an area HMI (Human Machine Interface) which relates to the interface between the operator or user on the one hand and the device on the other hand, an area BMS (Battery Management System), which concerns the management of the battery, and an area BCS (Battery Charge System). concerning the charging system of the battery.

Das in dieser Ausführungsform gezeigte Batteriesicherheitssystem BSS (Battery Safety System) ist für drei separate Akkumulator-Kapazitäten ausgelegt, bei denen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Akkumulator-Kapazität eine Energiekapazität von 95 Wh und die beiden anderen Akkumulator-Kapazitäten eine Energiekapazität von je 71,3 Wh aufweisen. Die drei Batteriesicherheitssysteme BSS sind mit entsprechend drei Energiespeichersystemen ESS (Energie Storage System) verbunden.The battery safety system shown in this embodiment BSS (Battery Safety System) is designed for three separate accumulator capacities, in which in the illustrated embodiment, one accumulator capacity has an energy capacity of 95 Wh and the other two accumulator capacities an energy capacity of 71.3 Wh exhibit. The three battery safety systems BSS are connected to three energy storage systems ESS (Energy Storage System).

Wie aus 1 ersichtlich, stellt der Bereich der Kommunikation zwischen der Gesamtelektronik und den jeweiligen Batteriesicherheitssystemen den Optokopplerbereich dar, das heißt denjenigen Bereich, in dem die galvanische Trennung durch einen Optokoppler realisiert wird, und die Verbindung zwischen den drei Batteriesicherheitssystemen BSS und den entsprechenden drei Energiespeichersystemen ESS den Stecksicherungsbereich, das heißt denjenigen Bereich, bei dem galvanische Trennung durch ein manuell betätigbares Trennglied erfolgt.How out 1 As can be seen, the area of communication between the entire electronics and the respective battery safety systems represents the optocoupler area, ie the area in which the galvanic isolation is realized by an optocoupler, and the connection between the three battery safety systems BSS and the corresponding three energy storage systems ESS the plug-in fuse area that is, the area where galvanic isolation occurs by a manually operable isolator.

Die Kommunikationswege des Optokopplerbereichs sind in 2 dargestellt.The communication paths of the optocoupler area are in 2 shown.

Das Batteriesicherheitssystem BSS wird beispielsweise durch einen Überwachungsbaustein PL900 realisiert. Die Kommunikation erfolgt über einen I2C-Bus. Über die Kommunikationsrichtung 2 wird gemeldet, wenn Grenzwerte der einzelnen Zellenblöcke, das heißt Akkumulator-Kapazitäten, überschritten werden. Zudem werden entsprechende Regelungen vorgenommen. So hat jede Akkumulatorzelle eine Nennspannung mit einem gewissen Toleranzbereich, die auch Bemessungsspannung genannt wird. Wenn der Toleranzbereich beziehungsweise die Bemessungsspannung überschritten wird, liegt eine sogenannte Überspannung vor. Eine sogenannte Unterspannung liegt dann vor, wenn eine minimale Versorgungsspannung unterschritten wird.The battery safety system BSS is implemented, for example, by a monitoring module PL900. Communication takes place via an I 2 C bus. It is reported via the communication direction 2 if limit values of the individual cell blocks, that is to say accumulator capacities, are exceeded. In addition, appropriate regulations are made. So has every accumulator cell a rated voltage with a certain tolerance range, which is also called the rated voltage. If the tolerance range or the rated voltage is exceeded, there is a so-called overvoltage. A so-called undervoltage is present when a minimum supply voltage is exceeded.

Das Batteriesicherheitssystem BSS verfügt über die Funktionen Over Voltage, Under Voltage, Short Circuit, Over Load, Temperature, Cell Balancing und Sleep Control.The battery safety system BSS has Over Voltage, Under Voltage, Short Circuit, Over Load, Temperature, Cell Balancing and Sleep Control functions.

Over Voltage, zu Deutsch Überspannung, wird dann angenommen, wenn ein Toleranzbereich bezüglich einer Nennspannung einer Akkuzelle beziehungsweise eine diesbezügliche Bemessungsspannung überschritten wird.Overvoltage is assumed when a tolerance range with respect to a rated voltage of a battery cell or a relevant rated voltage is exceeded.

Under Voltage, zu Deutsch Unterspannung, liegt dann vor, wenn eine minimale Versorgungspannung unterschritten wird.Under Voltage, in German undervoltage, occurs when a minimum supply voltage is exceeded.

Short Circuit betrifft einen Kurzschlusszustand.Short Circuit concerns a short circuit condition.

Over Load, zu Deutsch Überladung, liegt dann vor, wenn nach dem Erreichen einer Ladeendspannung weiter geladen wird.Over Load, if overcharged in German, exists if charging continues after reaching a final charging voltage.

Die Funktion Temperature betrifft die Temperatur der Akku-Kapazitäten, das heißt Akkuzellen.The function Temperature relates to the temperature of the battery capacity, ie battery cells.

Mit Cell Balancing, zu Deutsch Zellenausgleich, wird der Ausgleich von Kapazitätsunterschieden von in Serie geschalteten Akkumulatorzellen bezeichnet.With cell balancing, the compensation of capacity differences of series-connected accumulator cells is called.

Sleep Control, zu Deutsch Schlafüberwachung, betrifft die Lecküberwachung von batteriebetriebenen Systemen.Sleep Control refers to the leak monitoring of battery operated systems.

Das Batteriemanagementsystem BMS betrifft die Erfassung, Speicherung und Messung aller systemrelevanten Daten, beispielsweise Ladezyklen und eventuell auftretende Fehler, die über die Kommunikationsrichtung 2 empfangen werden, und liefert über die Kommunikationsrichtung 1 Parametrierungsdaten für die Gesamtbatterie einschließlich entsprechender Grenzwerte.The battery management system BMS relates to the acquisition, storage and measurement of all system-relevant data, such as charging cycles and possibly occurring errors that are received via the communication direction 2, and provides over the communication direction 1 parameterization data for the total battery including appropriate limits.

Zu den Diagnosepunkten und Zählfunktionen zählen die Seriennummer, das Herstelldatum, die zugeführte Energie, die entnommene Energie, die Betriebstemperaturen einschließlich entsprechender Minimal- und Maximalwerte, ein Betriebsstundenzähler, die Anzahl der Ladesteckzyklen, die Anzahl der Tiefentladungen, eine Fehlerzählung einschließlich Überstrom, Überspannung, Unterspannung und Ladefehler, die Umgebungstemperatur einschließlich entsprechender Messung und Bewertung, das Messen und Bewerten der Batteriespannung, das Messen des Batteriestroms und das Messen der Gesamtspannung.Diagnostic points and counting functions include the serial number, date of manufacture, power input, power drawn, operating temperatures including corresponding minimum and maximum values, hour meter, number of charging plug cycles, number of over-discharges, error count including overcurrent, overvoltage, undervoltage and charging error, the ambient temperature including appropriate measurement and evaluation, measuring and evaluating the battery voltage, measuring the battery current and measuring the total voltage.

Das Batterieladesystem BCS umfasst die Ladestromregelung, das Ladeverfahren, die Ladezeitüberwachung und die Ladespannungsregelung. Bei der Ladestromregelung erfolgt eine Regelung des Ladestroms, da dieser abhängig ist von der Temperatur und dem Ladezustand. Unter Ladeverfahren versteht man die Steuerung der Aufladung von Akkumulatoren. Die sachgemäße Aufladung und Pflege der Akkumulatoren sowie der Schutz vor Uber- und Unterladung tragen erheblich zur Steigerung der Lebensdauer eines Akkumulators bei.The battery charging system BCS includes the charging current control, the charging process, the charging time monitoring and the charging voltage regulation. When charging current control, a control of the charging current takes place, since it depends on the temperature and the state of charge. Loading is the control of the charging of accumulators. The proper charging and care of the accumulators and the protection against overcharging and undercharging contribute significantly to increasing the life of a battery.

Die Ladespannungsregelung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass dann, wenn ein Akkumulator eine Zellenspannung von beispielsweise 4,2 V erreicht hat, diese Spannung gehalten wird, bis der Ladestrom fast auf Null zurückgefallen ist.For example, the charging voltage control may be such that when an accumulator has reached a cell voltage of, for example, 4.2V, this voltage will be held until the charging current has dropped to almost zero.

Das Batterieladesystem BCS wird über das Batteriemanagementsystem BMS geregelt. Wenn entsprechende Grenzwerte nicht eingehalten werden, greift das Batteriemanagementsystem BMS ein.The battery charging system BCS is controlled by the battery management system BMS. If the corresponding limit values are not met, the battery management system BMS intervenes.

Wie bereits zuvor erwähnt, umfasst die Schnittstelle zwischen Benutzer und Vorrichtung HMI die Handhabung von benutzer- und funktionsrelevanten Signalen sowie Werten und deren Übermittlung.As previously mentioned, the HMI interface between the user and the device includes handling of user and function relevant signals as well as values and their transmission.

Der Optokoppler der dargestellten Ausführungsform weist einen optischen Sender auf, beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), sowie einen optischen Empfänger, beispielsweise einen Fototransistor. Der optische Sender und der optische Empfänger sind in einem lichtundurchlässigen Gehäuse untergebracht. Ein derartiger Optokoppler kann sowohl digitale als auch analoge Signale übertragen. Er bietet die Vorteile kleiner Abmessungen, die Möglichkeit digitaler und analoger Signalübertragung, geringe Koppelkapazitäten zwischen Ein- und Ausgang, im Vergleich zu ebenfalls galvanisch trennenden Relais geringere Verzögerungszeiten des Ausgangssignals und das Fehlen mechanischen Verschleißes, sodass erheblich mehr Schaltzyklen möglich sind. Zudem treten bei Optokopplern keine Induktivitäten und Störungen durch Magnetfelder auf.The optocoupler of the illustrated embodiment has an optical transmitter, such as a light emitting diode (LED), and an optical receiver, such as a phototransistor. The optical transmitter and the optical receiver are housed in an opaque housing. Such an optocoupler can transmit both digital and analog signals. It offers the advantages of small dimensions, the possibility of digital and analog signal transmission, low coupling capacitances between input and output, lower delay times of the output signal and the absence of mechanical wear compared to galvanically isolating relays, which means considerably more switching cycles are possible. In addition, no inductors and interference from magnetic fields occur in optocouplers.

Eine Ausführungsform eines manuellen betätigbaren Trennglieds 10 gemäß der Erfindung ist in 3 und 4 dargestellt. Das Trennglied 10 weist eine Halteleiste 11 auf, in der Trennelemente 12 angeordnet sind. Die Halteleiste 11 ist ein herausziehbarer Träger im Sinne der vorliegenden Erfindung.An embodiment of a manually actuatable isolator 10 according to the invention is in 3 and 4 shown. The isolator 10 has a retaining strip 11 on, in the dividing elements 12 are arranged. The retaining strip 11 is a pull-out carrier in the context of the present invention.

In der Ausführungsform gemäß 3 und 4 beträgt die Anzahl der Trennelemente sechs. Diese sechs Trennelemente sind zur Trennung von sechs Energieübertragungsleitungen 30 (siehe 6 und 7) erforderlich, die der in den 1 und 2 dargestellten Anzahl von drei Akkumulatoreinheiten entsprechen, da pro Akkumulatoreinheit beide Leitungen (das heißt Plus- und Minusleitung) galvanisch getrennt werden. Als Trennelemente können beispielsweise Stecksicherungen verwendet werden, wie sie aus der KFZ-Industrie bekannt sind. Diese als Stecksicherungen ausgeführten Trennelemente 12 können austauschbar in der Halteleiste 11 eingefügt sein. Die Halteleiste 11 weist beidseitig Greifnuten 11a auf, die ein Herausziehen des Trenngliedes 10 aus einem Energiespeicher 20, wie er in den 5 bis 7 dargestellt ist, erleichtern.In the embodiment according to 3 and 4 the number of separating elements is six. These six separators are for the separation of six power transmission lines 30 (please refer 6 and 7 ) required in the 1 and 2 represented number of three accumulator units, since per accumulator unit both lines (that is, plus and minus line) are electrically isolated. As separators, for example, plug fuses can be used, as they are known from the automotive industry. These are designed as plug fuses separating elements 12 Can be replaceable in the retaining strip 11 be inserted. The retaining strip 11 has gripping grooves on both sides 11a on, the pulling out of the separator 10 from an energy store 20 as he is in the 5 to 7 is illustrated, facilitate.

Der Energiespeicher 20 weist in der dargestellten Ausführungsform drei galvanisch trennbare Akkumulatorkapazitäten auf, die im Inneren des Energiespeichers 20 angeordnet sind. Auf der Oberseite des Energiespeichers 20 ist eine Ausnehmung 21 ausgebildet, die in Abmessungen und Form der Halteleiste 11 des Trennglieds 10 entsprechend ausgebildet ist. Auf dem Boden der Ausnehmung 21 ist eine Steckleiste 22 angeordnet, in der Steckschlitze 23 ausgebildet sind, die in Anzahl, Abmessungen und Anordnung so ausgeführt sind, dass Kontaktfahnen 12a der Trennelemente 12 in die Ausnehmung 21 eingesteckten Trennglied 10 in die Steckschlitze 23 eingeführt sind.The energy storage 20 has in the illustrated embodiment, three galvanically separable accumulator capacities, which are in the interior of the energy store 20 are arranged. On the top of the energy store 20 is a recess 21 formed in dimensions and shape of the retaining strip 11 of the isolator 10 is designed accordingly. At the bottom of the recess 21 is a connector 22 arranged in the plug-in slots 23 are formed, which are designed in number, dimensions and arrangement so that tabs 12a the separating elements 12 into the recess 21 inserted isolator 10 in the plug-in slots 23 are introduced.

An der Unterseite der Steckleiste 22 sind Energieübertragungsleitungen 30 angeordnet. Das Zusammenwirken der vorstehend erläuterten Bauteile ist insbesondere aus 7 ersichtlich, die eine Schnittdarstellung durch den Energiespeicher 20 und das Trennglied 10 zeigt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, sind jeweils zwei Energieübertragungsleitungen 30 mit einem Batteriesicherheitssystem BSS verbunden, das wiederum mit einem Energiespeichersystem ESS in Verbindung steht. Durch das Einstecken der Halteleiste 11 des Trennglieds 10 in die Ausnehmung 21 des Energiespeichers 20 werden die Kontaktfahnen 12a der Trennelemente 12 in die entsprechenden Steckschlitze 23 eingeführt und schließen den Stromkreis der jeweiligen Energieübertragungsleitungen 30. Hierdurch wird eine elektrische Zusammenschaltung der Gesamtkapazität bewirkt.At the bottom of the header 22 are energy transmission lines 30 arranged. The interaction of the components explained above is in particular made 7 can be seen, a sectional view through the energy storage 20 and the isolator 10 shows. As can be seen from this illustration, there are two energy transmission lines each 30 connected to a battery safety system BSS, which in turn communicates with an energy storage system ESS. By inserting the retaining strip 11 of the isolator 10 into the recess 21 of the energy store 20 become the contact flags 12a the separating elements 12 in the appropriate slots 23 inserted and close the circuit of the respective power transmission lines 30 , As a result, an electrical interconnection of the total capacity is effected.

Durch einfaches Herausziehen der Halteleiste 11 des Trennglieds 10 aus der Ausnehmung 21 des Energiespeichers 20 werden die Kontaktfahnen 12a der Trennelemente 12 aus den Steckschlitzen 23 in der Steckleiste 22 herausgezogen und die Energieübertragungsleitungen 30 werden getrennt. Hierdurch wird die insbesondere für den Transport auf dem Luftwege erforderliche galvanische Trennung der Energieübertragungsleitungen der Akkumulatorkapazitäten bewirkt.By simply pulling out the retaining strip 11 of the isolator 10 from the recess 21 of the energy store 20 become the contact flags 12a the separating elements 12 from the plug-in slots 23 in the header 22 pulled out and the power transmission lines 30 be separated. As a result, the required in particular for the transport by air galvanic separation of the power transmission lines of the accumulator capacity is effected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Trenngliedisolator
1111
Halteleisteretaining strip
11a11a
Greifnutgripping groove
1212
Trennelementseparating element
12a12a
Kontaktfahnecontact tag
2020
Energiespeicherenergy storage
2121
Ausnehmungrecess
2222
SteckleisteHeader
2323
Steckschlitzinsertion slot
3030
EnergieübertragungsleitungPower transmission line

Claims (12)

Schaltungsanordnung zwischen einem elektrischen Energiespeicher (20) und einem mittels des Energiespeichers betreibbaren Gerät, wobei der Energiespeicher (20) mindestens zwei galvanisch trennbare Akkumulator-Kapazitäten sowie Energieübertragungsleitungen (30) und Signalleitungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine funktionale Kopplung der Signalleitungen durch mindestens ein galvanisch trennendes Koppelelement bereitgestellt wird und dass eine galvanische Trennung der Energieübertragungsleitungen (30) durch ein betätigbares Trennglied (10) mit mindestens einem Trennelement (12) erfolgt.Circuit arrangement between an electrical energy store ( 20 ) and an operable by means of the energy storage device, wherein the energy storage ( 20 ) at least two galvanically separable accumulator capacities and energy transmission lines ( 30 ) and signal lines, characterized in that a functional coupling of the signal lines is provided by at least one galvanically isolating coupling element and that a galvanic separation of the energy transmission lines ( 30 ) by an actuatable isolator ( 10 ) with at least one separating element ( 12 ) he follows. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) manuell betätigbar ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the separating element ( 12 ) is manually operable. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) automatisch betätigbar ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the separating element ( 12 ) is automatically actuated. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) eine Stecksicherung aufweist.Circuit arrangement according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the separating element ( 12 ) has a plug fuse. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (12) einen Magnet aufweist, der dazu ausgelegt ist, ein Reed-Relais oder einen Reed-Schalter zu betätigen.Circuit arrangement according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the separating element ( 12 ) has a magnet which is adapted to operate a reed relay or a reed switch. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennglieder (10) in einem herausziehbaren Träger (11) zusammengefasst sind.Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a plurality of isolators ( 10 ) in a pull-out carrier ( 11 ) are summarized. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) als Halteleiste ausgeführt und aus Kunststoff gefertigt ist.Circuit arrangement according to Claim 6, characterized in that the carrier ( 11 ) designed as a retaining strip and made of plastic. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement ein Element aus der Gruppe bestehend aus Optokoppler, Operationsverstärker mit induktiver oder kapazitiver Übertragung, Relais und Halbleiterschaltung, insbesondere mit hochsperrenden Transistoren zur Überwindung wechselnder Potentialdifferenzen, ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling element is an element from the group consisting of optocouplers, operational amplifiers with inductive or capacitive transmission, relays and semiconductor circuit, in particular with high-blocking transistors to overcome changing potential differences, is. Elektrisch betreibbares Gerät mit einem elektrischen Energiespeicher, der mindestens zwei galvanisch trennbare Akkumulator-Kapazitäten aufweist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electrically operable device having an electrical energy store, which has at least two galvanically separable accumulator capacities, characterized by a circuit arrangement according to one of the preceding claims. Elektrisch betreibbares Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fahrrad mit elektrischem Antrieb oder elektrischem Hilfsantrieb, ein elektrisches Kleinfahrzeug, ein Rollstuhl oder ein Rollstuhlantrieb, eine Schiebe-/Bremshilfe für einen Rollstuhl, eine Treppensteigvorrichtung oder ein sonstiges elektrisches Pflegehilfsmittel ist.Electrically operable device according to claim 9, characterized in that it is a bicycle with electric drive or electric auxiliary drive, a small electrical vehicle, a wheelchair or a wheelchair drive, a sliding / braking aid for a wheelchair, a stair climbing device or other electrical care tool. Elektrischer Energiespeicher (20) für ein elektrisch betreibbares Gerät, wobei der Energiespeicher (20) mindestens zwei galvanisch trennbare Akkumulator-Kapazitäten aufweist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electric energy storage ( 20 ) for an electrically operable device, wherein the energy store ( 20 ) has at least two galvanically separable accumulator capacities, characterized by a circuit arrangement according to one of the preceding claims. Elektrischer Energiespeicher (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er Akkumulatoren auf Lithium-Ionen-Basis aufweist.Electric energy storage ( 20 ) according to claim 11, characterized in that it comprises rechargeable batteries based on lithium ions.
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