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DE102011088359A1 - Method for monitoring electrical energy storage device e.g. traction battery, involves transmitting request for down-regulating the current in network, to control unit based on detected predetermined state of storage device - Google Patents

Method for monitoring electrical energy storage device e.g. traction battery, involves transmitting request for down-regulating the current in network, to control unit based on detected predetermined state of storage device Download PDF

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DE102011088359A1
DE102011088359A1 DE102011088359A DE102011088359A DE102011088359A1 DE 102011088359 A1 DE102011088359 A1 DE 102011088359A1 DE 102011088359 A DE102011088359 A DE 102011088359A DE 102011088359 A DE102011088359 A DE 102011088359A DE 102011088359 A1 DE102011088359 A1 DE 102011088359A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
monitoring
electrical energy
relay
network
battery
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
DE102011088359A
Other languages
German (de)
Inventor
Wilfried FEUCHTER
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.)
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Samsung SDI Co Ltd filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011088359A priority Critical patent/DE102011088359A1/en
Publication of DE102011088359A1 publication Critical patent/DE102011088359A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • HELECTRICITY
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers, eine Batterie mit einem Modul zur Überwachung und ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie, welche insbesondere einsetzbar sind, um Schäden an Fahrzeugkomponenten zu vermeiden, welche durch ein Öffnen eines Trennrelais unter hoher Last verursacht werden.
Dazu wird ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers, welcher ein Netz mit Strom versorgt, vorgeschlagen. Es wird durch ein Sicherheitssystem mindestens eine Funktion zur Detektion mindestens eines vorgegebenen Zustands bereitgestellt. Es ist weiter vorgesehen, dass in der letzten Stufe des sicheren Betriebs des mindestens einen elektrischen Energiespeichers bei Detektion eines vorgegebenen Zustands eine Anforderung zum Herunterregeln des Stroms in dem Netz an eine Steuereinheit gesendet und eine Überwachung eines sicheren Zustands aktiviert wird. Anschließend wird ein Relais zur Trennung des mindestens einen elektrischen Energiespeichers von dem Netz geöffnet.
The present invention relates to a method for monitoring at least one electrical energy storage device, a battery with a module for monitoring and a motor vehicle with a corresponding battery, which are used in particular to prevent damage to vehicle components, which causes an opening of an isolation relay under high load become.
For this purpose, a method for monitoring at least one electrical energy storage, which supplies a network with electricity proposed. At least one function for detecting at least one predetermined state is provided by a security system. It is further contemplated that in the last stage of safe operation of the at least one electrical energy store upon detection of a predetermined condition, a request to shut down the power in the network is sent to a control unit and a safe state monitor is activated. Subsequently, a relay for the separation of the at least one electrical energy storage is opened by the network.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers, eine Batterie mit einem Modul zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers und ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie, welche insbesondere einsetzbar sind, um Schäden an Fahrzeugkomponenten zu vermeiden, welche durch ein Öffnen eines Trennrelais unter hoher Last verursacht werden.The present invention relates to a method for monitoring at least one electrical energy store, a battery having a module for monitoring at least one electrical energy store and a motor vehicle with a corresponding battery, which are used in particular to prevent damage to vehicle components, which by opening a disconnect relay be caused under high load.

Stand der TechnikState of the art

Für die Anwendung in Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen sind Hochvoltbatterie-Systeme bekannt. Das Batterie-System muss dabei verschiedene Sicherheitskriterien beziehungsweise Sicherheitsanforderungen bezüglich der funktionalen Sicherheit (beispielsweise bezüglich dem in ISO 26262 definierten Automobil Sicherheits-Integritätslevel ASIL) erfüllen. Zum sicheren Betrieb der Batterie ist daher ein Batteriemanagement (BMS) vorhanden, das die Batterie-Zellen überwacht und die Informationen an das Fahrzeugsystem und/oder Ladegerät sendet.High voltage battery systems are known for use in electric or hybrid vehicles. The battery system must meet various safety criteria or safety requirements with regard to functional safety (for example with regard to the ISO 26262 defined automotive safety integrity level ASIL) meet. For safe operation of the battery, therefore, a battery management (BMS) is present, which monitors the battery cells and sends the information to the vehicle system and / or charger.

Für die Absicherung von elektronischen Systemen zur Erreichung der notwendigen Sicherheitsstufen (ASIL-Einstufungen) sind weiterhin unterschiedliche Verfahren bekannt. Dazu gehören das so genannte 3-Ebenen-Konzept oder die Überwachung mittels eines redundanten Überwachungsgerätes.For the protection of electronic systems to achieve the necessary security levels (ASIL ratings), different methods are still known. These include the so-called 3-level concept or the monitoring by means of a redundant monitoring device.

Mit diesen Maßnahmen wird im Allgemeinen ein Ausfallsicherheitsverhalten (Fail-Safe-Verhalten) dargestellt, das im Fehlerfall einen sicheren Zustand einnimmt.These measures generally show a fail-safe behavior (fail-safe behavior) that assumes a safe state in the event of a fault.

Dabei ist der sichere Zustand der Batterie durch das Abtrennen vom Bordnetz durch ein Abschaltrelais festgelegt. Durch die Abschaltung kann also ein (kritisches) Laden (Überladen) oder auch Entladen (durch Verbraucher wie zum Beispiel den Elektroantrieb) im sicherheitskritischen Fehlerfall verhindert werden.The safe state of the battery is determined by the disconnection from the electrical system by a shutdown relay. By switching off so (critical) charging (overcharging) or unloading (by consumers such as the electric drive) can be prevented in a safety-critical error case.

Bei der Umsetzung eines solchen Überwachungskonzepts werden die sicherheitskritischen Funktionen, zum Beispiel die Überwachung der sicherheitskritischen Lade-/Entladegrenzwerte, in speziell abgesicherte Funktionen oder auch in eine redundante Überwachungsinstanz verlagert. Bei einem 3-Ebenen-Konzept wird dies als Ebene-2 bezeichnet. When implementing such a monitoring concept, the safety-critical functions, for example the monitoring of the safety-critical charge / discharge limits, are shifted to specially secured functions or even to a redundant monitoring instance. In a 3-level concept, this is referred to as level-2.

Die weniger kritischen Funktionen, zum Beispiel Ladesteuerung für maximale Lebensdauer oder Batteriekapazität, werden hingegen in einfacher Ausführung umgesetzt und als Ebene-1 bezeichnet.The less critical functions, such as charging control for maximum life or battery capacity, however, are implemented in a simple design and referred to as level-1.

Dabei dürfen diese Funktionen die Batterie nur innerhalb (unterhalb) des durch die Sicherheitsgrenzen festgelegten und überwachten Bereichs betreiben.These functions may only operate the battery within (below) the range defined and monitored by the safety limits.

Es ist weiterhin Stand der Technik, dass bei einer Verletzung der Sicherheitsgrenzen diese Überwachung unabhängig von den restlichen Steuerfunktionen direkt und unbedingt den sicheren Zustand durch das Öffnen des Abschaltrelais einstellt. It is also state of the art that, in the event of a violation of the safety limits, this monitoring directly and unconditionally sets the safe state by opening the switch-off relay independently of the remaining control functions.

Bei herkömmlichen Systemen hat man den Nachteil, dass ein Öffnen des Relais unter hoher Last (großen Strömen) sehr schnell (nach wenigen Malen) zu einer dauerhaften Beschädigung des Relais führt, zum Beispiel durch Verbrennen oder Verschmelzen der Kontakte.In conventional systems, there is the disadvantage that opening the relay under high load (high current) very quickly (after a few times) leads to permanent damage to the relay, for example by burning or fusing the contacts.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Einsatz der Erfindung das Abschaltrelais bei einer Verletzung von Sicherheitsgrenzen nicht notwendigerweise unter hoher Last geöffnet wird. Dies wird dadurch erreicht, indem erfindungsgemäß ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers, der ein Netz mit Energie, insbesondere Strom, versorgt, vorgeschlagen wird. Bei dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie, die mindestens eine elektrochemische Zelle, vorzugsweise eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen umfasst. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass es sich bei den elektrochemischen Zellen um Lithium-Ionen-Batteriezellen handelt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher um eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs handelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorgegebene Parameter, vorzugsweise sicherheitskritische Parameter, durch Funktionen eines Sicherheitssystems überwacht, um vorgegebene Zustände zu detektieren. Beim Betrieb des mindestens einen elektrischen Energiespeichers werden verschiedene Sicherheitsstufen unterschieden. Die einzelnen Sicherheitsstufen, insbesondere die letzte Stufe des sicheren Betriebs des mindestens einen elektrischen Energiespeichers, werden durch eine Sicherheitsfehlerschwelle bzw. Sicherheitsgrenze definiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitsstufen den Ebenen eines Überwachungssystems nach dem E-Gas-Überwachungskonzept entsprechen (E-Gas: Elektronisches Gaspedal). Das E-Gas-Überwachungskonzept ist beispielsweise in Schäuffele, Jörg, Thomas Zurawka: Automotive Software Engineering, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004 beschrieben. Wenn in der letzten Stufe des sicheren Betriebs des mindestens einen elektrischen Energiespeichers mindestens einer der vorgegebenen Zustände detektiert wird, wird erfindungsgemäß eine Abschaltanforderung an eine Steuereinheit gesendet, welche die Steuereinheit veranlasst, den Strom in dem Netz herunterzufahren. Der vorgegebene Zustand kann beispielsweise darin bestehen, dass durch einen Parameter wie z. B. die Temperatur eine Sicherheitsgrenze erreicht, über- oder unterschritten wird. Gleichzeitig wird eine Überwachung eines sicheren Zustands des mindestens einen elektrischen Energiespeichers aktiviert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen definierten Teilumfang der Sicherheitsfunktionen der sichere Zustand durch einen stromlosen Zustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers, das heißt durch I = 0, definiert ist. Nachdem der Strom auf einen vorgegebenen Wert gesunken ist, wird ein Relais geöffnet zum Trennen des mindestens einen elektrischen Energiespeichers von dem Netz. Der vorgegebene Wert wird so vorgegeben, dass ein Öffnen des Relais bei diesem Stromwert ohne Beschädigung des Relais möglich ist. Dadurch, dass vor der Öffnung des Relais der Strom auf den vorgegebenen Wert abgesenkt wurde, kann das Relais geöffnet werden, ohne beschädigt zu werden. A particular advantage of the invention is that when using the invention, the switch-off relay is not necessarily opened under a high load in case of violation of safety limits. This is achieved by inventively proposing a method for monitoring at least one electrical energy store which supplies a grid with energy, in particular electricity. The at least one electrical energy store is preferably a battery which comprises at least one electrochemical cell, preferably a multiplicity of electrochemical cells. A preferred embodiment provides that the electrochemical cells are lithium-ion battery cells. In a preferred embodiment, it is provided that the at least one electrical energy store is a traction battery of a vehicle. In the method according to the invention, predetermined parameters, preferably safety-critical parameters, are monitored by functions of a safety system in order to detect predetermined states. When operating the at least one electrical energy storage different security levels are distinguished. The individual security levels, in particular the last stage of the safe operation of the at least one electrical energy store, are defined by a security error threshold or security limit. In a preferred embodiment, it is provided that the security levels correspond to the levels of a monitoring system according to the E-gas monitoring concept (E-gas: electronic accelerator pedal). The e-gas monitoring concept is for example in Schäuffele, Jörg, Thomas Zurawka: Automotive Software Engineering, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004 described. If at least one of the predetermined states is detected in the last stage of the safe operation of the at least one electrical energy store According to the invention, a shutdown request is sent to a control unit, which causes the control unit to shut down the power in the network. The predetermined state, for example, consist in that by a parameter such. B. the temperature reaches a safety limit is exceeded or fallen below. At the same time, monitoring of a safe state of the at least one electrical energy store is activated. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that, for a defined subset of the safety functions, the safe state is defined by a de-energized state of the at least one electrical energy store, that is, by I = 0. After the current has dropped to a predetermined value, a relay is opened to disconnect the at least one electrical energy store from the grid. The default value is set so that it is possible to open the relay at this current value without damaging the relay. By lowering the current to the preset value before opening the relay, the relay can be opened without being damaged.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Anforderung zum Herunterfahren des Stroms innerhalb der Ebene-1 des E-Gas-Überwachungskonzepts gesendet wird. Vorzugsweise wird eine solche Abschaltanforderung von dem Überwachungssystem an die Steuerfunktionen eines BMS gesendet. A preferred embodiment provides that the request to shut down the power within the level-1 of the E-gas monitoring concept is sent. Preferably, such a shutdown request is sent from the monitoring system to the control functions of a BMS.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strom durch einen Befehl an ein Fahrzeugmanagement heruntergefahren wird.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the power is shut down by a command to a vehicle management.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Relais nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, gerechnet von der Abschaltanforderung an, geöffnet wird, unabhängig davon, ob im Netz der vorgegebene reduzierte Stromwert erreicht wurde. Dies wird insbesondere deshalb vorgesehen, weil in einem solchen Fall vermutet werden muss, dass die Funktionen in der Ebene-1 des E-Gas-Überwachungskonzepts nicht korrekt funktionieren. Beispielsweise könnte die Kommunikation zwischen Überwachungssystem und BMS bzw. Fahrzeugmanagement gestört sein, so dass die Abschaltanforderung vom BMS bzw. dem Fahrzeugmanagement nicht empfangen wird. Vorzugsweise wird in diesem Fall das Relais durch das Überwachungssystem innerhalb der Ebene-2 des E-Gas-Überwachungskonzepts geöffnet. Die Ebene-2 zeichnet sich dadurch aus, dass die Überwachungsfunktionen der Ebene-2 speziell abgesichert sind oder dass die Überwachungsfunktionen der Ebene-2 durch redundante Überwachungsinstanzen ausgeführt werden.In a further preferred embodiment, it is provided that the relay is opened after a predetermined time, calculated from the shutdown request, regardless of whether the predetermined reduced current value has been reached in the network. This is provided in particular because in such a case it must be assumed that the functions in level-1 of the e-gas monitoring concept are not functioning correctly. For example, the communication between the monitoring system and BMS or vehicle management could be disturbed so that the shutdown request is not received by the BMS or the vehicle management. Preferably, in this case, the relay is opened by the monitoring system within level-2 of the E-gas monitoring concept. The level-2 is characterized by the fact that the level-2 monitoring functions are specifically secured or that level-2 monitoring functions are performed by redundant monitoring instances.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der stromlose Zustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers durch zwei redundante Stromsensoren überwacht wird, die zwischen dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher und dem Relais angeordnet sind. A further preferred embodiment provides that the de-energized state of the at least one electrical energy store is monitored by two redundant current sensors, which are arranged between the at least one electrical energy store and the relay.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Relais durch Aktivierung eines redundanten Abschaltpfades geöffnet wird. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Abschaltung in der Ebene-2 nicht erfolgreich durchgeführt wurde. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass eine Watchdog-Software oder -Hardware, insbesondere ein CPU-Watchdog-Baustein, aktiviert wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, dass der redundante Abschaltpfad in Ebene-3 des E-Gas-Überwachungskonzepts aktiviert wird.In another preferred embodiment, it is provided that the relay is opened by activating a redundant shutdown path. This is especially provided if the shutdown in level-2 was not successfully completed. In particular, it is provided that a watchdog software or hardware, in particular a CPU watchdog module, is activated. A preferred embodiment provides that the redundant shutdown path in level-3 of the e-gas monitoring concept is activated.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, die mit einem Modul zur Überwachung der Batterie kombiniert ist, wobei das Modul derart eingerichtet ist, dass ein Überwachungsverfahren ausführbar ist, wobei die Batterie ein Netz mit Strom versorgt und wobei durch ein Sicherheitssystem mindestens eine Funktion zur Detektion mindestens eines vorgegebenen Zustands bereitgestellt wird, und in der letzten Stufe des sicheren Betriebs der Batterie bei Detektion eines vorgegebenen Zustands eine Anforderung zum Herunterregeln des Stroms in dem Netz an eine Steuereinheit gesendet und eine Überwachung eines sicheren Zustands aktiviert wird und anschließend ein Relais zur Trennung der Batterie von dem Netz geöffnet wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie oder die Batterie umfasst elektrochemische Zellen, die als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.Another aspect of the invention relates to a battery which is combined with a module for monitoring the battery, wherein the module is arranged such that a monitoring method is executable, wherein the battery provides power to a network and wherein by a security system at least one function for Detection of at least one predetermined state is provided, and in the last stage of the safe operation of the battery upon detection of a predetermined state sends a request to shut down the power in the network to a control unit and a safe state monitoring is activated and then a relay for disconnection the battery is opened by the network. The battery is preferably a lithium-ion battery or the battery comprises electrochemical cells which are designed as lithium-ion battery cells.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß dem im voranstehenden Absatz beschriebenen Erfindungsaspekt. Die Batterie ist jedoch nicht auf einen solchen Einsatzzweck eingeschränkt, sondern kann auch in anderen elektrischen Systemen eingesetzt werden.Another aspect of the invention relates to a motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery connected or connectable to the electric drive motor according to the invention aspect described in the preceding paragraph. However, the battery is not limited to such use, but may be used in other electrical systems.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, auch bei einer Sicherheitsverletzung den Bauteileschutz soweit wie möglich umzusetzen. Dies wird erreicht, indem der Strom beim Öffnen des Relais einen bestimmten Wert nicht überschreitet.The method according to the invention makes it possible to implement component protection as far as possible, even in the event of a security breach. This is achieved by the current does not exceed a certain value when opening the relay.

Dies wird durch eine abgestufte Fehlerreaktion der Überwachungsfunktionen erreicht. Weiterhin wird ermöglicht, dass auch andere Komponenten, zum Beispiel das Ladegerät oder die E-Maschinensteuerung, durch eine Vorwarnung geschützt werden. This is achieved by a graded error response of the monitoring functions. Furthermore, it is possible that other components, such as the charger or the E-machine control, are protected by a warning.

Weiterhin werden gleichzeitig negative Folgen eines plötzlichen Batterieabwurfs auf das Gesamtfahrzeug, wie zum Beispiel durch Momentspitzen, reduziert. Furthermore, at the same time negative consequences of a sudden battery drop to the entire vehicle, such as by torque peaks, reduced.

Grundvoraussetzung für das abgestufte Fehlerreaktionsverhalten der Sicherheitsfunktionen ist, dass der sichere Zustand des Systems mit hinreichender Sicherheit (Integrität) festgestellt werden kann.The basic prerequisite for the graded fault reaction behavior of the safety functions is that the safe state of the system can be determined with sufficient certainty (integrity).

Dies wird dadurch erreicht, dass als primärer sicherer Zustand „Batteriestrom I = 0 A“ definiert wird, welcher ja durch das Öffnen des Relais eingestellt werden soll. Dieser Zustand kann von der Überwachung zum Beispiel durch zwei redundante Stromsensoren zuverlässig erkannt werden.This is achieved by defining, as the primary safe state, "battery current I = 0 A", which is to be set by opening the relay. This state can be reliably detected by the monitoring, for example, by two redundant current sensors.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Zustand des Relais durch geeignete Signale, zum Beispiel über Hilfskontakte, sicher festzustellen.Another possibility is to reliably detect the state of the relay by means of suitable signals, for example via auxiliary contacts.

Da für das Batteriemanagement und das Sicherheitssystem der Batteriestrom I aber ohnehin bereits erfasst wird, ergeben sich mit der ersten Lösung nur geringe, gegebenenfalls gar keine, Mehraufwendungen. Since battery current I is already detected for battery management and the safety system, however, the first solution results in only minor, possibly even no, additional expenditure.

Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht zu verwechseln mit Verfahren, die zum Beispiel eine gestufte Reaktion, zum Beispiel bei unterschiedlichen Spannungsschwellen der Zellen durchführen, zum Beispiel über die Stufen

  • 1. Warnung,
  • 2. Stromreduktion, etc.
In this case, the method according to the invention should not be confused with methods which, for example, carry out a stepped reaction, for example at different voltage thresholds of the cells, for example via the steps
  • 1. Warning,
  • 2. Power reduction, etc.

Die hier angesprochene Überwachung stellt in dieser Betrachtung nämlich bereits die letzte Stufe des sicheren Betriebs dar. Weitere Stufen „unterhalb“ der Sicherheitsfehlerschwelle sind daher beliebig denkbar und haben keinen Einfluss auf die hier beschriebene Funktion.The monitoring referred to here represents the last stage of safe operation in this consideration. Further stages "below" the safety error threshold are therefore conceivable and have no influence on the function described here.

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

Zeichnungendrawings

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

1 ein herkömmliches Überwachungssystem für eine Transaktionsbatterie und 1 a conventional monitoring system for a transaction battery and

2 ein beispielhaftes Überwachungssystem gemäß der Erfindung für eine Transaktionsbatterie. 2 an exemplary monitoring system according to the invention for a transaction battery.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein herkömmliches Überwachungssystem 100 für eine Hochvoltbatterie 102 gezeigt, welches ein BMS 104 und ein Trennrelais 106 umfasst. Die Hochvoltbatterie 102 beliefert ein Netz 108 eines Fahrzeugs 110 mit Energie (Strom). Die Hochvoltbatterie 102 wird von dem BMS 104 kontrolliert. In the 1 is a conventional monitoring system 100 for a high-voltage battery 102 shown what a BMS 104 and a disconnect relay 106 includes. The high-voltage battery 102 supplies a network 108 of a vehicle 110 with energy (electricity). The high-voltage battery 102 is from the BMS 104 controlled.

Des Weiteren kommuniziert das BMS 104 über eine Datenschnittstelle 112, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle (CAN = Controller Area Network), mit weiteren Komponenten, wie zum Beispiel einem Ladegerät oder einem Verbraucher in Form eines E-Antriebs, des Fahrzeugs 110. Die Datenschnittstelle 112 wird beispielsweise genutzt, um vom BMS 104 Signale an andere Komponenten des Fahrzeugs 110 zu senden. Insbesondere werden auch Informationen zum Betriebsverhalten der Komponenten, wie zum Beispiel der maximal zulässige Entnahme- oder Ladestrom oder Abschaltanforderungen gesendet.Furthermore, the BMS communicates 104 via a data interface 112 , For example, a CAN interface (CAN = Controller Area Network), with other components, such as a charger or a consumer in the form of an electric drive, the vehicle 110 , The data interface 112 is used, for example, by the BMS 104 Signals to other components of the vehicle 110 to send. In particular, information about the operating behavior of the components, such as the maximum allowable removal or charging current or shutdown requests are sent.

Wird bei der Überwachung der Hochvoltbatterie 102 eine Verletzung einer Sicherheitsgrenze festgestellt, wird das Trennrelais 106 durch das BMS 104 sofort geöffnet, was zu den beschriebenen Nachteilen führt.Used in monitoring the high-voltage battery 102 a violation of a safety limit is detected, the disconnect relay 106 through the BMS 104 immediately opened, which leads to the disadvantages described.

Nachfolgend soll unter Verwendung der 2 die Erfindung beispielhaft an einem Ausführungsbeispiel in größerem Detail beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern alle Lösungen umfasst, solange sie nur alle in einem unabhängigen Anspruch definierten Merkmale realisiert. Insbesondere können alternative Verfahren zur Überwachung des sicheren Zustandes eingesetzt werden.The following is intended to use the 2 For example, the invention will be described in greater detail with reference to an embodiment, but the invention is not limited to this embodiment, but includes all solutions as long as it realizes only all features defined in an independent claim. In particular, alternative methods for monitoring the safe state can be used.

Eine mögliche Realisierung ist in 2 dargestellt. Neben den Komponenten eines herkömmlichen Überwachungssystems (entsprechende Komponenten sind mit demselben Bezugszeichen versehen) umfasst das beispielhafte erfindungsgemäße Überwachungssystem 200 zwei Stromsensoren 202, 204. Das BMS 104 überwacht die Stromsensoren 202, 204. Durch diese redundante Überwachung kann sicher festgestellt werden, ob der sichere Zustand Batteriestrom I = 0 A erreicht ist oder eingehalten wird.One possible realization is in 2 shown. In addition to the components of a conventional monitoring system (corresponding components are provided with the same reference numeral), the exemplary monitoring system according to the invention comprises 200 two current sensors 202 . 204 , The BMS 104 monitors the current sensors 202 . 204 , This redundant monitoring makes it possible to reliably determine whether the safe state of battery current I = 0 A has been reached or maintained.

Die Überwachung der Hochvoltbatterie 102 und die Öffnung des Trennrelais 106 erfolgt dabei in mehreren Stufen auf verschiedenen Ebenen eines Drei-Ebenen-Überwachungssystems nach dem E-Gas-Überwachungskonzept wie folgt:The monitoring of the high-voltage battery 102 and the opening of the isolating relay 106 takes place in several stages at different levels of a three-level monitoring system according to the e-gas monitoring concept as follows:

Stufe-1: Step 1:

Bei einem erkannten sicherheitskritischen Fehler wird in der Überwachung zunächst eine Abschaltanforderung an die Steuerfunktionen (Ebene-1) des BMS 104 gesendet. Gleichzeitig wird eine „Null-Stromüberwachung“ aktiviert.When a safety-critical error has been detected, the monitoring initially requires a shutdown request to the control functions (level 1) of the BMS 104 Posted. At the same time a "zero current monitoring" is activated.

Sollte die Ursache des sicherheitskritischen Fehlers die Funktionsweise der Ebene-1 nur wenig oder gar nicht betreffen (zum Beispiel bei einem externen Sensorfehler), besteht somit die Möglichkeit, dass das BMS 104 den Strom gezielt, zum Beispiel durch Anforderung an das Fahrzeugmanagement herunterfährt. Anschließend kann das Trennrelais 106 ohne Probleme geöffnet werden.If the cause of the safety-critical error only slightly or not affect the operation of level-1 (for example, an external sensor error), there is a possibility that the BMS 104 The power targeted, for example, downshifts by request to the vehicle management. Subsequently, the isolation relay 106 be opened without problems.

Wenn dies innerhalb einer festgelegten maximalen Zeitspanne nach der Anforderung passiert, wird keine Abschaltung durch die Überwachungsfunktion ausgelöst.If this happens within a specified maximum period of time after the request, no shutdown is triggered by the monitoring function.

Die Null-Strombedingung wird jedoch weiterhin kontinuierlich und dauerhaft überwacht.However, the zero current condition will continue to be continuously and permanently monitored.

Stufe-2:Level 2:

Sollte die Stufe-1 innerhalb der maximal zulässigen Zeitspanne nicht reagieren (da z. B. eine Fehlfunktion der Ebene-1 vorliegt) oder während der Abschaltung irgendwann der Strom doch wieder ansteigen, so wird Stufe-2 aktiviert. Dabei wird dann das Trennrelais 106 von der Überwachung sofort geöffnet.If the level-1 does not react within the maximum permissible period of time (eg there is a level-1 malfunction) or at some point during the shutdown the current increases again, then level-2 is activated. In this case, then the isolation relay 106 immediately opened from monitoring.

Stufe-3:Level 3:

Da bei Fail-Safe-Systemen insbesondere mit 3-Ebenen-Konzept typischerweise zwei redundante Abschaltpfade für die Überwachung vorliegen, kann eine dritte Stufe umgesetzt werden. Diese Stufe-3 ist optional und ist in anderen Ausführungsformen nicht notwendigerweise realisiert.Since fail-safe systems, in particular with a 3-level concept, typically have two redundant shutdown paths for monitoring, a third stage can be implemented. This level 3 is optional and is not necessarily realized in other embodiments.

Sollte also auch Stufe-2 nicht funktionieren, so wird zusätzlich der redundante Abschaltpfad (zum Beispiel durch gezielte Aktivierung eines CPU-Watchdog-Bausteins oder ähnlichem) aktiviert.So even if level 2 does not work, the redundant switch-off path (for example, by specific activation of a CPU watchdog block or the like) is also activated.

Die Überwachung umfasst weiter eine konfigurierbare Auswertung, durch die einem Fehler unterschiedliche Fehlerreaktionen zugeordnet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass Fehler, die sich auf die Stromsensoren 202, 204 und/oder auf die Signalverarbeitung der Stromsensoren 202, 204 beziehen, detektiert werden. Bei einem solchen Stromsensor- oder Verarbeitungsfehler wird die Stufe-2 (optional auch die Stufe-3) sofort und unbedingt aktiviert, da der sichere Zustand nicht mehr zuverlässig erkannt werden kann. In gleicher Weise werden die Fehler von dieser gestuften Reaktion ausgenommen, für die der sichere Zustand nicht gleichbedeutend mit der „Null-Strom Bedingung“ ist. Dies könnte beispielsweise das Einstellen der Spannungsfreiheit der Komponente(n) des Fahrzeugs 110 bei einem Unfall des Fahrzeugs 110 sein.The monitoring further includes a configurable evaluation, by which a fault different error responses are assigned. In particular, it is envisaged that errors that affect the current sensors 202 . 204 and / or to the signal processing of the current sensors 202 . 204 refer to be detected. In the case of such a current sensor or processing error, the stage 2 (optionally also the stage 3) is activated immediately and unconditionally, since the safe state can no longer be reliably detected. In the same way, the errors are excluded from this stepped reaction, for which the safe state is not synonymous with the "zero-current condition". This could be, for example, adjusting the absence of voltage of the component (s) of the vehicle 110 in an accident of the vehicle 110 be.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Batterie und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not limited in its embodiment to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the inventive method, the battery according to the invention and the motor vehicle according to the invention even with fundamentally different types of use.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 26262 [0002] ISO 26262 [0002]
  • Schäuffele, Jörg, Thomas Zurawka: Automotive Software Engineering, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004 [0011] Schäuffele, Jörg, Thomas Zurawka: Automotive Software Engineering, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004 [0011]

Claims (10)

Verfahren zur Überwachung mindestens eines elektrischen Energiespeichers, wobei der mindestens eine elektrische Energiespeicher ein Netz mit Strom versorgt und wobei durch ein mehrere Stufen aufweisendes Sicherheitssystem mindestens eine Funktion zur Detektion mindestens eines vorgegebenen Zustands bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der letzten Stufe des sicheren Betriebs des mindestens einen elektrischen Energiespeichers bei Detektion eines vorgegebenen Zustands eine Anforderung zum Herunterregeln des Stroms in dem Netz an eine Steuereinheit gesendet und eine Überwachung eines sicheren Zustands aktiviert wird und anschließend ein Relais (106) zur Trennung des mindestens einen elektrischen Energiespeichers von dem Netz geöffnet wird.A method for monitoring at least one electrical energy storage device, wherein the at least one electrical energy store supplies power to a network and wherein at least one function for detecting at least one predetermined state is provided by a multiple-stage safety system, characterized in that in the last stage of safe operation of the at least one electrical energy store upon detection of a predetermined state, a request to shut down the current in the network is sent to a control unit and a safe state monitor is activated and then a relay ( 106 ) is opened to separate the at least one electrical energy storage device from the network. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der sichere Zustand durch einen stromlosen Zustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers definiert ist.The method of claim 1, wherein the safe state is defined by a de-energized state of the at least one electrical energy store. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Relais (106) geöffnet wird, nachdem ein vorgebbarer Wert des Stroms erreicht wurde.Method according to claim 1 or 2, wherein the relay ( 106 ) is opened after a presettable value of the current has been reached. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Anforderung zum Herunterregeln des Stroms in der Ebene-1 eines Überwachungssystems nach dem E-Gas-Überwachungskonzept gesendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the request to down-regulate the current in the level-1 of a monitoring system according to the E-gas monitoring concept is sent. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit das Relais (106) in jedem Falle geöffnet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein after expiration of a predetermined time the relay ( 106 ) is opened in any case. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Öffnen des Relais (106) durch die Stufe-2 des Überwachungssystems nach dem E-Gas-Überwachungskonzept veranlasst wird.Method according to claim 5, wherein the opening of the relay ( 106 ) is caused by the level-2 of the monitoring system according to the E-gas monitoring concept. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der sichere Zustand durch zwei redundante Stromsensoren (202, 204) überwacht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the safe state by two redundant current sensors ( 202 . 204 ) is monitored. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Relais (106) durch Aktivierung eines redundanten Abschaltpfades in der Ebene-3 des Überwachungssystems nach dem E-Gas-Überwachungskonzept geöffnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the relay ( 106 ) is opened by activating a redundant shutdown path in level-3 of the monitoring system according to the E-gas monitoring concept. Batterie, die mit einem Modul zur Überwachung der Batterie kombiniert ist, wobei das Modul derart eingerichtet ist, dass ein Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.Battery which is combined with a module for monitoring the battery, wherein the module is arranged such that a monitoring method according to one of claims 1 to 8 executable. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß Anspruch 9.Motor vehicle with an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery connected or connectable to the electric drive motor according to claim 9.
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