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DE102011115908A1 - Circuit arrangement of battery management system (BMS) for energy storage device used in electric bicycle, transmits information of current and temperature of battery to component within electric drive through communication line - Google Patents

Circuit arrangement of battery management system (BMS) for energy storage device used in electric bicycle, transmits information of current and temperature of battery to component within electric drive through communication line Download PDF

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DE102011115908A1
DE102011115908A1 DE102011115908A DE102011115908A DE102011115908A1 DE 102011115908 A1 DE102011115908 A1 DE 102011115908A1 DE 102011115908 A DE102011115908 A DE 102011115908A DE 102011115908 A DE102011115908 A DE 102011115908A DE 102011115908 A1 DE102011115908 A1 DE 102011115908A1
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DE
Germany
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bms
battery
circuit arrangement
battery pack
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102011115908A
Other languages
German (de)
Inventor
Sven Bauer
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BMZ BATTERIEN-MONTAGE-ZENTRUM GmbH
Original Assignee
BMZ BATTERIEN MONTAGE ZENTRUM GmbH
BMZ BATTERIEN-MONTAGE-ZENTRUM GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BMZ BATTERIEN MONTAGE ZENTRUM GmbH, BMZ BATTERIEN-MONTAGE-ZENTRUM GmbH filed Critical BMZ BATTERIEN MONTAGE ZENTRUM GmbH
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Abstract

Schaltungsanordnung und Verfahren für ein Batteriemanagementsystem (BMS) eines Energiespeichers in einer mobilen Anwendung, vorzugsweise für ein Elektrofahrrad, wobei das BMS passiv den Akkupack überwacht und Meldezustände an Komponenten innerhalb des Antriebsystems weitergibt, die dann aktiv weiterverarbeitet werden.Circuit arrangement and method for a battery management system (BMS) of an energy store in a mobile application, preferably for an electric bicycle, wherein the BMS passively monitors the battery pack and passes on reporting conditions to components within the drive system, which are then actively processed.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Ansteuern von Zellen eines Energiespeichers in Verbindung mit Verbrauchern und Steuergeräten. Schaltungsanordnungen dieser Art werden im Folgenden auch Batteriemanagement – BMS – genannt.The invention relates to a circuit arrangement and a method for driving cells of an energy storage in conjunction with consumers and control devices. Circuit arrangements of this type are also referred to below as battery management - BMS.

Akkupacks, insbesondere mit Lithiumanteil, müssen in mobilen Anwendungen eigensicher sein, da sonst bei Unfällen, Beschädigungen oder Funktionsfehlern abbrennen oder explodieren können. Aus diesem Grund ist jedem Akkupack ein aktives BMS zugeordnet, welches sicherheitsrelevante Zustände überwacht und bei Bedarf notwendige Maßnahmen zur Absicherung des Akkupacks schaltet.Battery packs, especially those containing lithium, must be intrinsically safe in mobile applications, as otherwise they could burn or explode in the event of accidents, damage or malfunctions. For this reason, each battery pack is assigned an active BMS, which monitors safety-relevant conditions and, if necessary, switches necessary measures for securing the battery pack.

Hierzu ist das BMS in der Regel mit einem Prozessor und Software ausgestattet, außerdem sind einige aktive Elemente innerhalb des Akkus an das BMS angeliedert wie Schalter, FET's die auf der Platine untergebracht sind.For this purpose, the BMS is usually equipped with a processor and software, also some active elements within the battery are attached to the BMS as switches, FET's are housed on the board.

Dazu werden dazu sämtliche Ströme über die Elektronik des BMS und die vorgenannten Schalteinrichtungen geführt, und bei Bedarf in einen sicheren Zustand geschaltet.For this purpose, all currents are passed through the electronics of the BMS and the aforementioned switching devices, and switched to a safe state if necessary.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung das BMS und die Beschaltung am Akkupack zu vereinfachen, kostengünstig zu reduzieren, gleichzeitig aber die Sicherheit zu erhöhen.It is an object of this invention to simplify the BMS and the circuitry on the battery pack to reduce cost, while increasing security.

Bisher war es nicht möglich Akkus in mobilen Anwendungen, für Elektrofahrräder mit einem passiven Batteriemanagementsystem – „passiven BMS” – zu versehen, weil die Zellen für sich jeweils nicht eigensicher sind. Viele Zellen eines solchen Akkupacks sind in Serie und/oder parallel geschaltet und bei direktem Herausführen der Powerleitungen/Anschlüsse sind die Zulassungen wie UL, UN, EN Normen nicht erfüllbar. Dies gilt z. B. speziell die Tests zu Überladung, Kurzschluss, sowie erzwungene Entladung. Daher sind bis heute aktive Schaltungskomponenten am Akkupack in Verbindung mit einem aktiven BMS notwendig, die den Akku oder einzelne Zellen von der restlichen Schaltung trennen oder in einen sicheren Zustand schalten können.So far it was not possible to provide batteries in mobile applications, for electric bicycles with a passive battery management system - "passive BMS" - because the cells are not intrinsically safe in each case. Many cells of such a battery pack are connected in series and / or in parallel, and if the power lines / connections are removed directly, the approvals such as UL, UN, EN norms can not be met. This applies z. For example, the overload, short circuit, and forced discharge tests. Therefore, to date active circuit components on the battery pack in conjunction with an active BMS are necessary, which can disconnect the battery or individual cells from the rest of the circuit or switch to a safe state.

Das gilt insbesondere auch im Zusammenwirken mit den Ladegeräten.This is especially true in cooperation with the chargers.

Ladegeräte sind geregelte Netzteile, deren Aufgabe es ist, chemische Energiespeicher nach definierten Ladekennlinien zu laden. Sie wandeln Wechselspannungen in geeignete Gleichspannungen bzw. -ströme um. Übliche Ladegeräte laden einen Akkupack, bestehend aus vielen Einzelzellen als Einheit, d. h. es wird ein Ladegerät benötigt, welches auf die Gesamtspannung optimiert ist. Dadurch wird jede Zelle im Akkupack mit dem gleichen Strom geladen und erhält somit die gleiche Ladung. Herstellungs- und Alterungsbedingte Kapazitätsschwankungen der Zellen führen dazu, dass die Zellen mit der geringsten Kapazität bereits ihre Ladeschlussspannung erreichen während anderen Zellen noch Energie zugeführt wird. Deshalb läd und überwacht ein modernes BMS in Verbindung stehend mit dem Lader jede Zelle einzeln entsprechend aktuellem Ladezustand, verbleibender Restkapazität oder Temperatur.Chargers are regulated power supplies whose task is to charge chemical energy storage devices according to defined charging characteristics. They convert alternating voltages into suitable direct voltages or currents. Usual chargers charge a battery pack consisting of many single cells as a unit, d. H. a charger is needed, which is optimized for the total voltage. As a result, each cell in the battery pack is charged with the same current and thus receives the same charge. Due to manufacturing and aging capacity fluctuations of the cells, the cells with the lowest capacity already reach their end-of-charge voltage while other cells still receive energy. Therefore, a modern BMS in conjunction with the loader loads and monitors each cell individually according to current state of charge, remaining capacity remaining, or temperature.

Aber auch während dem Betrieb, bei Anschluss am Antrieb/Motor überwacht, schaltet und regelt das BMS, überwacht Temperaturen des Packs, der Zellen, detektiert ob unzulässige Spannungen oder Ströme auftreten. Hierfür sind bisher alle Packs in mobilen Anwendungen oder im Elektro-Fahrradbereich mit einer aktiven BMS-Schaltung versehen. Es wird hierbei zum Beispiel bei Überspannung, Unterspannung und Kurzschluss das Akkupack vom BMS aktiv ab- oder eingeschaltet.But even during operation, when monitored at the drive / motor monitor, the BMS switches and controls, monitors temperatures of the pack, the cells, detects whether excessive voltages or currents occur. For this purpose, all packs in mobile applications or in the electric bicycle sector have been provided with an active BMS circuit. For example, in the event of overvoltage, undervoltage and short circuit, the battery pack is actively switched off or on by the BMS.

Dies geschieht mittels Sensoren oder Abfrage der Spannungen und Ströme in Verbindung einer Software die im Microprozessor des BMS installiert ist, wobei der Prozessor auf dem PCB (Protection Circuit Board) untergebracht ist und mit den Schaltelementen an/oder innerhalb des Akkupacks verbunden ist. Da alle Ladeströme und Entladeströme werden dabei über die zentrale BMS-Platine geführt und mit den vorgenannten Schaltungselementen, z. B. FET's geschalt. Hierbei muss jedoch das gesamte BMS für die Maximal-Leistungen ausgelegt sein. Je nachdem wie hoch die Ströme des Antriebs, Motors sind, benötigt man hierzu auf der BMS Platine sehr breite Kupfer-Leiterbahmen mit großen Querschnitten um die Ströme ohne Verluste oder zu große Erwärmung führen zu können und Schaltungselemente, z. B. FET's mit geringen Innenwiderständen.This is done by means of sensors or query the voltages and currents in conjunction with software installed in the microprocessor of the BMS, the processor is housed on the PCB (Protection Circuit Board) and connected to the switching elements on / or inside the battery pack. Since all charging currents and discharge currents are guided via the central BMS board and with the aforementioned circuit elements, for. B. FET's geschalt. However, the entire BMS must be designed for maximum performance. Depending on how high the currents of the drive, motor, you need this on the BMS board very wide copper conductor frames with large cross sections around the currents without loss or too high heating can lead to and circuit elements, eg. B. FET's with low internal resistance.

Nur durch diese aufwendige und sehr teuren aktiven BMS Schaltungen ist die geforderte Eigen-Sicherheit eines Akkupacks realisierbar.Only through these complex and very expensive active BMS circuits, the required intrinsic safety of a battery pack can be realized.

Nur so können als Akkupack hochkapazitive Lithium-Ionen Zellen verwendet werden, damit bei Überladung, Kurzschluss oder Tiefentladung frühzeitig die Gefahr von Explosion oder Feuer durch entsprechende Trennung/Abschaltung unterbunden werden kann.Only in this way can high-capacity lithium-ion cells be used as a battery pack, so that in the event of overcharging, short-circuiting or over-discharging, the risk of explosion or fire can be prevented at an early stage by appropriate disconnection / disconnection.

Erfindungsgemäß wird nun hier eine passive Lösung vorgestellt, die mit weniger Aufwand, bzw. teilweise ohne die oben genannten teuren Komponenten und Ausführungen direkt am Akkupack auskommt. Von besonderen Vorteil ist hierbei, daß die Lade- und Entladeströme nicht mehr direkt über das BMS/die Platine des PCB geführt werden müssen.According to the invention, a passive solution is now presented here which manages directly on the battery pack with less effort, or in part without the above-mentioned expensive components and designs. Of particular advantage here is that the charging and discharging no longer need to be performed directly over the BMS / board of the PCB.

Hierzu werden einzelne stromleitenden Verbindungen direkt von den Zellen in Serie und parallel aus dem Akkupack herausgeführt und nicht mehr über das BMS, die Platine des PCB geführt. For this purpose, individual current-conducting connections are led out directly from the cells in series and parallel out of the battery pack and are no longer routed via the BMS, the circuit board of the PCB.

Das BMS ist des weiteren nicht mehr aktiv tätig, sondern ist passiv ausgeführt und kommuniziert über eine Schnittstelle mit dem Motor oder dem Ladegerät.Furthermore, the BMS is no longer active, but is passive and communicates with the engine or charger via an interface.

Dabei werden vom BMS nur noch vereinfachte Informationen detektiert und weitergegeben, und nicht mehr selbst direkt ausgeführt. So wir z. B. ein Befehl vom BMS über die Kommunikationsschnittstelle an das übergeordnete System, die Verbraucher-Steuerung ausgegeben, wenn eine kritische Unterspannung im Akku erreicht wird. Dieser Befehl wird gegeben und sichert in Folge sichert ab, daß der Motor bei Unterspannung abschaltet, eine Tiefentladung des Akkus wird verhindert.In this case, only simplified information is detected and passed on by the BMS, and no longer directly executed itself. So we z. As a command from the BMS via the communication interface to the parent system, the consumer control output when a critical undervoltage is reached in the battery. This command is given and ensures in succession ensures that the motor shuts off in case of undervoltage, a deep discharge of the battery is prevented.

Ebenso wird ein Befehl ausgegeben wenn der Akku am Ladegerät geladen wird, und eine Überspannung erreicht wird. Der Befehl löst z. B. eine Abschaltung des Ladegerät aus.Likewise, a command is issued when the battery is charged to the charger and an overvoltage is reached. The command triggers z. B. a shutdown of the charger.

Hierzu wird jedoch nur passiv das Signal an eine andere Steuerung ausgegeben. Die empfangende Steuerung löst dann wiederum aktiv die Abschaltung aus.For this purpose, however, the signal is only passively output to another controller. The receiving controller then in turn triggers the shutdown.

Die Schaltkomponente ist hierbei nicht mehr am/oder im Akku unbedingt integriert, sondern es wird an einer anderen Stelle im Gesamtsystem eine elektrische Trennung des Stromkreises vorgenommen.The switching component is no longer necessarily integrated on / or in the battery, but it is made at another point in the overall system electrical isolation of the circuit.

Je noch Fehler oder Zustand kann z. B. eine Sicherung am Akkupack, oder aber auch ein Schalter z. B. am Antrieb, Motor oder an der Motorsteuerung ausgelöst werden.Depending still error or condition can z. B. a fuse on the battery pack, or even a switch z. B. on the drive, motor or the engine control are triggered.

Es werden hierbei u. a. Komponenten verwendet die sowieso schon dort, z. B. innerhalb der Motorsteuerung vorhanden sind, vorhanden sein müssen.It will u. a. The components already used there anyway, z. B. are present within the engine control, must be present.

Hierfür werden also einzelne Zustände durch das BMS erkannt, und vereifachte Befehle über das passive BMS erstellt und übermittelt. Da die Schaltvorgänge selbst nicht mehr innerhalb des Akkus durch das BMS umgesetzt werden, sondern extern z. B. im Motormanagement oder Ladegerätemanagement, kann das BMS am Akkupack wesentlich vereinfacht ausgeführt werden.For this purpose, individual states are recognized by the BMS, and iced commands are created and transmitted via the passive BMS. Since the switching operations themselves are no longer implemented within the battery by the BMS, but externally z. As in engine management or charger management, the BMS can be performed much simpler on the battery pack.

Der Prozessor kann hartverdrahtet – ohne Software verinfacht ausgeführt werden. Es ist dann in einer solchen Ausführung desweiteren störunanfälliger.The processor can be hard-wired - run without software. It is then in such an embodiment further störunanfälliger.

Die Leiterbahnen können reduziert werden, es wird Kupfer eingespart.The tracks can be reduced, copper is saved.

Sicherheitstelevante Aspekte wie Kurzschluss werden hierbei mit einer Schmelzsicherung in der Powerleitung (stromführenden Leitung) innerhalb des Akkupacks abgesichert, desweiteren sind die Kontakte optional durch Berührungsschutz gekennzeichnet, bzw. nach innen in den Pack versetzt angeordnet.Safety-relevant aspects such as short circuit are hereby secured with a fuse in the power line (current-carrying line) within the battery pack, furthermore the contacts are optionally characterized by contact protection, or arranged offset inwards into the pack.

Bei einer weiteren Ausführung dieser Erfindung in Zusammenspiel mit dem passiven BMS ist eine Sicherung innerhalb des Akkupacks in einer der Anschluss-/Powerleitungen von Plus oder Minus, die vom passiven BMS angesteuert wird integriert. Diese Sicherung ist jedoch nicht als Schalter/FET ausgeführt, sondern sie ist als eine vereinfachte ansteuerbare Sicherung ausgeführt. Sie wird nicht nur bei zu hohen Strömen oder zu hohen Temperaturen vom Laststrom direkt selbst abgeschmolzen, sondern ist auch vom passiven BMS aus ansteuerbar und auslösbar bei Unterspannung, Überspannung und Kurzschluss. Bei allen kritischen Fehlern wird die Sicherung dann mit einem kleinen Strom beaufschlagt und hierauf wird die Sicherung abgeschmolzen bzw. zum Auslösen gebracht.In a further embodiment of this invention in conjunction with the passive BMS, a fuse within the battery pack is integrated in one of the plus / minus connection / power lines driven by the passive BMS. However, this fuse is not designed as a switch / FET, but it is designed as a simplified controllable fuse. It is not only directly melted off the load current due to excessively high currents or high temperatures, but can also be controlled by the passive BMS and can be triggered with undervoltage, overvoltage and short circuit. For all critical errors, the fuse is then charged with a small current and then the fuse is melted or brought to trip.

Für die Kommunikation mit den aktiven Schaltungsteilen eines Elektroantriebskonzepts oder einer übergeordneten Systemsteuerung (z. B. Motormanagement oder Ladegerätmanagement) sind parallel zu den Plus/Minus Kontakten des Akkupacks (Powerleitungen) einmal die Kommunikationsschnittstelle installiert, die mit einem oder zwei oder mehreren Kontakten heraus geführt wird und zusätzlich ist als redundante Abschaltung (Alarm Kontakt) einen Alarmpin herausgeführt.For communication with the active circuit parts of an electric drive concept or a higher-level system control (eg motor management or charger management), the communication interface is installed parallel to the plus / minus contacts of the battery pack (power lines) and led out with one or two or more contacts In addition, an alarm pin is led out as a redundant switch-off (alarm contact).

Der Alarm Kontakt ist hierbei optional auch für die Unterbrechung des Temperatursensors der bei Laden und Entladen des Akkupacks verwendet wird nutzbar.The alarm contact can also be used for interrupting the temperature sensor used for charging and discharging the battery pack.

Der Pin kann deshalb auch als Temperaturüberwachungs- oder NTC Kontakt (Temperatursensor) bezeichnet werden.The pin can therefore also be called a temperature monitoring or NTC contact (temperature sensor).

Es gibt insgesamt verschiedenste Abschaltzustände/-werte bei denen das passive BMS ohne aufwendige Komponenten tätig wird, sondern ohne Microprozessorsteuerung einfach bei bestimmten hinterlegten Schwellen/Zuständen Komponenten im gesamten Strang zu bestimmten Zustandsänderungen anregt, insbesondere wenn es um sicherheitsrelevante Zustände geht.There are altogether a wide variety of switch-off states / values in which the passive BMS operates without complex components, but simply stimulates certain states changes without specific microprocessor control for certain stored thresholds / states components in the entire line, in particular when it comes to safety-relevant states.

Ein Beispiel hierzu wäre eine Fehlerbehebung bei Überspannung:
Überspannung wird im normalen Zustand vom Ladegerät überwacht und entsprechend behandelt. Sollte das Ladegerät diesbezüglich eine Fehlfunktion haben, wird dies vom BMS erkannt und an den Lader kommuniziert. Falls auch diese Kommunikation nicht funktioniert, unterbricht das vereinfachte BMS den Alarmpin (Signal für den Lader als Alarm). Sollte die Meldung über den Alarmpin auch nicht funktionieren, schmilzt das BMS die Schmelzsicherung durch.An example of this would be an overvoltage troubleshooting:
Overvoltage is monitored by the charger in the normal condition and treated accordingly. Should the charger malfunction in this regard, the BMS recognizes this and communicates with the charger. If this communication does not work either, the simplified BMS will interrupt the alarm pin (signal for the loader as an alarm). If the message about the alarm pin also does not work, the BMS melts the fuse.

Schaltwerte für solch eine gestufte, eskalierende Fehlerabarbeitung wären z. B.
Ladegerät Abschaltung bei 4,2 V/Zelle
Alarmpin bei 4,35 V/Zelle
Schmelzsicherung bei 4,5 V/ZelleSwitching values for such a stepped, escalating error processing would be z. B.
Charger shutdown at 4.2V / cell
Alarm pin at 4.35 V / cell
Fuse at 4.5 V / cell

Ein weiteres Beispiel hierzu wäre eine Fehlerbehebung bei Unterspannung:
Sollte das passive BMS eine Unterspannung detektieren, wird dies an den Motor, die Motorsteuerung kommuniziert. Die Abschaltung wird dann dort vor dem Motor mittels des dort serienmäßigen verbauten Leistungsschalters vorgenommen. Der sonst extra im Akkupack verbaute Leistungsschalter kann so eingespart werden.Another example would be an under-voltage troubleshooting:
If the passive BMS detects an undervoltage, this is communicated to the motor, the motor control. The shutdown is then made there in front of the engine by means of built-in circuit breaker as standard there. The otherwise extra installed in the battery pack circuit breaker can be saved.

Sollte der Leistungsschalter am Motor aus anderen Gründen nicht auslösen/trennen (z. B. Fehler im Kommunikationspfad), wird vom BMS der Alarmpin gesetzt, bzw. unterbrochen, welches also als die gestufte Rückfalllösung einer zweiten Abschaltung zu betrachten ist. Sollte auch dieser Alarmpin nicht zu einer Abschaltung führen, wird vom BMS als letzte Rückfalllösung, Stufe die Schmelzsicherung abgesteuert, ausgelöst.If, for other reasons, the circuit-breaker on the motor does not trip / disconnect (eg error in the communication path), the BMS sets or suspends the alarm pin, which must therefore be regarded as the stepped fallback solution for a second shutdown. If this alarm pin does not lead to a shutdown, the BMS triggers the last fallback solution.

Das BMS kann hierbei mittels eines Microprozessors oder einer hartverdrahteten Schaltungslogik gesteuert werden, welche den Vorteil hat auch gegen EMV Störungen unempfindlicher zu sein. Sie wiedersteht auch erhöhte Anforderungen an EMV-Burst Tests.The BMS can be controlled by means of a microprocessor or hard-wired circuit logic, which has the advantage of being less sensitive to EMC interference. It also resists increased demands for EMC burst testing.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist in der Figuren schematisch dargestellt und im Folgenden erläutert. Es zeigt:The invention allows numerous embodiments. One of them is shown schematically in the figures and explained below. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Elektrofahrrads 1 an embodiment of an electric bicycle

2 eine Prinzipskizze zur Schaltung des BMS am Akkupack für ein solches Elektrofahrrad, im wesentlichen bestehend aus Bediensockel (8) mit mobilem Interface (2), Akkupack (2) und Antriebseinheit (3), bestehend aus Motor und Motorsteuerung. 2 a schematic diagram for switching the BMS on the battery pack for such an electric bicycle, consisting essentially of operating base ( 8th ) with mobile interface ( 2 ), Battery pack ( 2 ) and drive unit ( 3 ), consisting of engine and engine control.

Die übergeordnete Systemsteuerung kann hierbei an die Motorsteuerung angegliedert sein, oder am/im Bediensockel (1, 8) oder im mobilen Interface/PDA/mobilen abnehmbaren Computerteil welches in den Sockel (1) einsteckbar ist.The higher-level system control can be attached here to the engine control, or on / in the operating base ( 1 . 8th ) or in the mobile interface / PDA / mobile removable computer part which in the base ( 1 ) can be inserted.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Schaltung des BMS für ein solches Elektrofahrrad im Zusammenspiel mit den Komponenten eines elektrischen Antriebs. 3 shows an embodiment of the circuit of the BMS for such an electric bicycle in interaction with the components of an electric drive.

Akkupack (2) und Antriebseinheit (3), bestehend aus Motorsteuerung (4), Leistungsschalter und Motor (5) welcher ein Antriebszahnrad (6) mittels Verzahnung antreiben kann. Der Akku (2) enthält hierbei ein Anzahl von Zellen (10), wobei das BMS (11) mittels Stichleitungen (11a) elektrisch auf jede Zelle einzeln zugreifen kann, und wobei die Powerleitungen (22, 23) welche den Zellenverbund elektrisch jeweils vorne und hinten abgreifen direkt von der Zellen (10) aus dem Akkupack zu Anschlusskontakten (30) herausgeführt werden, ohne über das BMS oder die BMS-Platine geleitet zu werden.Battery pack ( 2 ) and drive unit ( 3 ), consisting of engine control ( 4 ), Circuit breaker and motor ( 5 ) which a drive gear ( 6 ) can drive by means of toothing. The battery ( 2 ) contains a number of cells ( 10 ), whereby the BMS ( 11 ) by means of stubs ( 11a ) can access each cell electrically, and wherein the power lines ( 22 . 23 ) which tap the cell assembly electrically in front and behind directly from the cells ( 10 ) from the battery pack to connection contacts ( 30 ) without being routed via the BMS or the BMS board.

Das BMS (11) kann über eine Leitung (20) auf eine Sicherung oder einen Schalter (21) zugreifen, welche hierbei z. B. auch erfindungsgemäß als anregbare Schmelzsicherung ausgeführt ist.The BMS ( 11 ) can via a line ( 20 ) to a fuse or a switch ( 21 ), which here z. B. Also designed according to the invention as a stimulable fuse.

Das BMS (11) und die Motorsteuerung (4) sowie der Bediensockel (1) sind hierbei über Kommunikationsleitungen (14, 15) verbunden.The BMS ( 11 ) and the engine control ( 4 ) as well as the operating base ( 1 ) are here via communication lines ( 14 . 15 ) connected.

In den Bediensockel (1) integriert ist eine Anzeige und Schaltelemente, wie ein Drehfahrschaltgriff (8) oder eine Anzeige (9) welche als Touchscreen, berührungsempfindlicher Bildschirm oder als einsteckbarer PDA, Minicomputer ausgeführt sein kann.In the operating base ( 1 ) is integrated a display and switching elements, such as a Drehfahrschaltgriff ( 8th ) or an ad ( 9 ) which can be designed as a touch screen, touch screen or plug-in PDA, minicomputer.

In einem detektierten Fehlerfall kann das BMS (11) entweder auf die Schmelzsicherung (21) zugreifen oder über die Kommunikationsleitungen auf eine übergeordnete Systemkomponenten, wie beispielsweise die Steuerung im Bediensockel (1) oder in der Motorsteuerung (4) welche wiederum externe Leistungsschalter, z. B. am Motor einen Leistungsschalter (7) auslösen.In a detected error case, the BMS ( 11 ) either on the fuse ( 21 ) or via the communication lines to a higher-level system component, such as the control in the operating 1 ) or in the engine control ( 4 ) Which in turn external circuit breakers, z. B. on the engine a circuit breaker ( 7 ) trigger.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Schaltung des BMS (11) am Akkupack einsteckbar/vor einer Ladestation (13). Hierbei kann über die Kommunikationsleitungen/schnittstelle (12) auch die im Akkupack (2) ermittelte Temperatur über einen Temperatursensor (28, NTC) an die Steuerung des Ladegeräts (13) übermittelt werden. 4 shows an embodiment for switching the BMS ( 11 ) on the battery pack / in front of a charging station ( 13 ). This can be done via the communication lines / interface ( 12 ) also in the battery pack ( 2 ) determined temperature via a temperature sensor ( 28 , NTC) to the controller of the charger ( 13 ).

Claims (10)

Schaltungsanordnung und Verfahren für Zellenmanagement eines Energiespeichers in einer mobilen Anwendung zum Überwachen und Behandeln von unterschiedlichen Zuständen des Energiespeichers (2), dadurch gekennzeichnet, dass das dem Akkupack zugeordnete Batteriemanagentsystem (BMS, 11) an einzelnen Knotenpunkten Spannungen, Ströme und Temperaturen überwacht, und die Information hierüber mit im BMS hinterlegten Schwellwerten vergleicht und bei Über- oder Unterschreitung dieser Schwellwerte Informationen an andere Komponenten innerhalb des elektrischen Antriebs über zumindest eine Kommunikationsleitung übermittelt, und wobei die Plus/Minus Kontakte, Powerleitungen des Akkupacks (22, 23) direkt aus dem Akkupack herausgeführt werden.Circuit arrangement and method for cell management of an energy store in a mobile application for monitoring and handling of different states of the Energy storage ( 2 ), characterized in that the battery management system associated with the battery pack (BMS, 11 ) monitors voltages, currents and temperatures at individual nodes, and compares the information thereon with threshold values stored in the BMS, and transmits information to other components within the electric drive via at least one communication line if these threshold values are exceeded or exceeded, and wherein the plus / minus contacts , Power cables of the battery pack ( 22 . 23 ) are led out directly from the battery pack. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) als Knotenpunkte Spannungen und Ströme zwischen den einzelnen Zellen und/oder an den Enden des Akkupacks das maximale Spannungspotential abgreift.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the BMS ( 11 ) as nodes points tensions and currents between the individual cells and / or at the ends of the battery pack, the maximum voltage potential. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) zumindest eine Temperatur über einen integrierten Temperatursensor oder an einem Sensor zwischen den einzelnen Zellen, innerhalb des Akkupacks abgreift.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) taps at least one temperature via an integrated temperature sensor or at a sensor between the individual cells, within the battery pack. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das BMS (11) über eine Kommunikationsschnittstelle oder über eine Kommunikationsleitung andere Komponente innerhalb des elektrischen Antriebsstrangs angekoppelt sind, welche wiederum mit Schalt- oder Regelelementen verbunden sind, und wobei bei Detektierung eines bestimmten Zustands, einer bestimmten Temperatur oder eine bestimmten Spannung oder bei Über- oder Unterschreitung einer bestimmten Spannung das BMS über eine Kommunikationsschnittstelle oder über eine Kommunikationsleitung einen Befehl zumindest eine andere Komponente innerhalb des elektrischen Antriebsstrangs abgibt, welche daraufhin eine angegliedertes Schalt- oder Regelelemente aktiviert.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that to the BMS ( 11 ) are coupled via a communication interface or via a communication line other component within the electric drive train, which in turn are connected to switching or control elements, and wherein upon detection of a certain condition, a certain temperature or voltage or on exceeding or falling below a certain Voltage the BMS via a communication interface or via a communication line a command at least another component within the electric drive train outputs, which then activates an affiliated switching or control elements. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) bei Detektierung eines bestimmten Zustands, einer bestimmten Temperatur oder eine bestimmten Spannung oder bei Über oder Unterschreitung einer bestimmten Spannung über eine Kommunikationsschnittstelle oder über eine Kommunikationsleitung einen Befehl an einer andere Komponente innerhalb des elektrischen Antriebsstrangs abgibt und wobei zeitgleich oder zeitversetzt eine Meldung über den Bediensockel oder eine dort integrierte Anzeige angezeigt wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) emits a command to another component within the electric drive train upon detection of a certain condition, a certain temperature or a certain voltage or when exceeding or dropping below a certain voltage via a communication interface or via a communication line and at the same time or with a time delay message via the operating base or a display integrated there is displayed. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) in eine Elektrofahrrad integriert ist und bei Unterspannung über die Kommunikationsschnittstelle am Antrieb/über die Motorsteuerung (3, 4) einen Leistungsschalter auslöst.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) is integrated in an electric bicycle and in the case of undervoltage via the communication interface on the drive / via the motor control ( 3 . 4 ) triggers a circuit breaker. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im BMS (11) mehrere Schaltstufen eines eskalierenden Fehlerpfads hinterlegt sind, und das bei Detektierung eines Zustands wie Überspannung, Unterspannung, Kurzschluss oder Übertemperatur innerhalb des Akkupacks zunächst ein Befehl oder ein Wert über die Kommunikationsleitungen an eine andere übergeordnete Steuerung abgegeben wird, und bei Erreichen eines nächsten Stufenwerts ein weiterer Befehl abgegeben wird, oder innerhalb des Akkupacks eine Schmelzsicherung auslöst wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the BMS ( 11 ) several switching stages of an escalating fault path are stored, and that upon detection of a state such as overvoltage, undervoltage, short circuit or overtemperature within the battery pack, first a command or a value is delivered via the communication lines to another higher-level control, and on reaching a next level value another command is issued, or within the battery pack a fuse is triggered. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) in einem Akku für Elektrofahrrad integriert ist und bei Laden an einem Ladegerät und bei auftretender Überspannung über die Kommunikationsschnittstelle im Lader (13) einen Leistungsschalter im Lader oder im Akkupack auslösen läßt und/oder die Daten bezüglich Ladezyklen, Ladezeit, Temperatur, Überspannung oder Unterspannung über die Zeit im BMS aufgezeichnet werden und über die Kommunikationsschnittstelle durch das Ledegerät oder einen Computer oder einen PDA ausgelesen werden können und/oder an einen Webserver übermittelt werden und dort mit einer für den Akku hinterlegten Kennung abgespeichert werden, wobei die Akku-Kennung außen auf dem Akku alphanumerisch oder als Dot-Matrix-Code oder als QR-Matrix-Code aufgebracht ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) is integrated in a rechargeable battery for electric bicycle and when charging on a charger and in the event of overvoltage occurring via the communication interface in the charger ( 13 ) can trigger a circuit breaker in the charger or in the battery pack and / or the data regarding charging cycles, charging time, temperature, overvoltage or undervoltage over time in the BMS can be recorded and read via the communication interface by the Ledegerät or a computer or a PDA and / / or transmitted to a web server and stored there with an identifier stored for the battery, wherein the battery identifier is applied externally to the battery alphanumerically or as a dot matrix code or as a QR matrix code. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) bei auftretender Unterspannung oder Unterschreitung einer Kapazitätsgrenze über die Kommunikationsschnittstelle eine Meldung an ein ansteckbares mobiles Interface abgibt, und dieses hierauf die Position über GPS ermittelt und aus einer Datenbank zumindest eine nächste Ladestelle am Display oder Tonausgang meldet, oder daß nach Auslösung der Schmelzsicherung eine Warnmeldung in Form einer optischen Anzeige, eines Warntons oder in Form Sprachausgabe einer aufgezeichneten Datei ausgegeben wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) emits a message to an attachable mobile interface in case of undervoltage or underflow of a capacity limit via the communication interface, and this determines the position via GPS and reports from a database at least one next loading point on the display or sound output, or that after triggering the fuse a warning in the form of an optical display, a warning tone or in the form of speech output of a recorded file. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BMS (11) unter Zuhilfenahme von externen Steuer- oder Sensorelementen über die Kommunikationsschnittstelle den Spannungsabfall den Zustand der Akkupowerkontake ermittelt, auswertet und gegebenenfalls bei Detektierung einer kritischen Größe oder nach Auswertung der. Werte Spannung oder Widerstand über die Zeit eine Korrosion oder einen nicht richtig eingesteckten Zustand des Akkus oder beschädigte Kontaktelemente erkennt und dies an die übergeordnete Steuerung meldet oder an dem Bediensockel über angeschlossene Anzeigen ausgibt.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the BMS ( 11 ) with the aid of external control or sensor elements via the communication interface, the voltage drop determines the state of the Akkupowerkontake, evaluates and optionally when detecting a critical size or after evaluation of the. Values voltage or resistance over time will detect corrosion or improperly inserted condition of the battery or damaged contact elements and this to the reports higher-level control or outputs to the control base via connected displays.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014200640A1 (en) 2014-01-16 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Battery system and method for disconnecting a battery system from a connected electrical load
WO2015167889A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Johnson Controls Technology Company Battery sleep mode management method and system
WO2015167886A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Johnson Controls Technology Company Battery construction for integration of battery management system and method
WO2016012197A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Method for operating an assistance system of a vehicle with at least one electrical energy store
US9660236B2 (en) 2013-11-06 2017-05-23 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Battery and saddle-type electric vehicle equipped therewith
US10622682B2 (en) 2014-04-30 2020-04-14 Cps Technology Holdings Llc System and method for placing a battery into a sleep mode
EP3851314A1 (en) * 2020-01-15 2021-07-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Drive train for vehicles with pedal drive

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69711342T2 (en) * 1996-05-24 2002-11-21 Sony Corp., Tokio/Tokyo MOVABLE DEVICE WITH AUXILIARY DRIVE AND METHOD FOR CONTROLLING THE MOVEMENT
US20070080662A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-12 Deping Wu Universal battery module and controller therefor
US20070108946A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Shuko Yamauchi Secondary battery module, battery information management device, battery information management system, secondary battery reuse system, secondary battery recovery and sales system, secondary battery reuse method, and secondary battery recovery and sales method
US20100153039A1 (en) * 2002-06-27 2010-06-17 Kurt Raichle Apparatus and Method for Testing a Power Source
WO2011089882A1 (en) * 2010-01-25 2011-07-28 Sony Corporation Method of efficiently managing power

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69711342T2 (en) * 1996-05-24 2002-11-21 Sony Corp., Tokio/Tokyo MOVABLE DEVICE WITH AUXILIARY DRIVE AND METHOD FOR CONTROLLING THE MOVEMENT
US20100153039A1 (en) * 2002-06-27 2010-06-17 Kurt Raichle Apparatus and Method for Testing a Power Source
US20070080662A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-12 Deping Wu Universal battery module and controller therefor
US20070108946A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Shuko Yamauchi Secondary battery module, battery information management device, battery information management system, secondary battery reuse system, secondary battery recovery and sales system, secondary battery reuse method, and secondary battery recovery and sales method
WO2011089882A1 (en) * 2010-01-25 2011-07-28 Sony Corporation Method of efficiently managing power

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Battery Management Systems for Large Lithium-Ion Battery Packs. Norwood, MA : Artech House, 2010. S. 109, 152. - ISBN 978-1-60807-104-3 *
Datasheet bq78PL114, Texas Instruments, www.ti.com, rev. April 2009 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2871125B1 (en) * 2013-11-06 2020-07-15 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Battery and saddle-type electric vehicle equipped therewith
US9660236B2 (en) 2013-11-06 2017-05-23 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Battery and saddle-type electric vehicle equipped therewith
DE102014200640A1 (en) 2014-01-16 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Battery system and method for disconnecting a battery system from a connected electrical load
US10622682B2 (en) 2014-04-30 2020-04-14 Cps Technology Holdings Llc System and method for placing a battery into a sleep mode
WO2015167889A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Johnson Controls Technology Company Battery sleep mode management method and system
WO2015167886A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Johnson Controls Technology Company Battery construction for integration of battery management system and method
US9437850B2 (en) 2014-04-30 2016-09-06 Johnson Controls Technology Company Battery construction for integration of battery management system and method
US9692240B2 (en) 2014-04-30 2017-06-27 Johnson Controls Technology Company Battery sleep mode management method and system
WO2016012197A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Method for operating an assistance system of a vehicle with at least one electrical energy store
CN106536265B (en) * 2014-07-24 2019-09-03 罗伯特·博世有限公司 Method for operating an auxiliary system of a vehicle with at least one electric energy store
US10220819B2 (en) 2014-07-24 2019-03-05 Robert Bosch Gmbh Method for operating an assistance system of a vehicle with at least one electrical energy store
CN106536265A (en) * 2014-07-24 2017-03-22 罗伯特·博世有限公司 Method for operating an auxiliary system of a vehicle with at least one electric energy store
EP3851314A1 (en) * 2020-01-15 2021-07-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Drive train for vehicles with pedal drive

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