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DE102014210648A1 - Batteriesystem - Google Patents

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DE102014210648A1
DE102014210648A1 DE102014210648.6A DE102014210648A DE102014210648A1 DE 102014210648 A1 DE102014210648 A1 DE 102014210648A1 DE 102014210648 A DE102014210648 A DE 102014210648A DE 102014210648 A1 DE102014210648 A1 DE 102014210648A1
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Johannes Federle
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem 10, aufweisend wenigstens eine Batteriezelle 14, wobei in einem negativen Strompfad 16 eine Schaltungsanordnung 20 vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung 20 als Schaltungskomponenten wenigstens aufweist: – zwei in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren 22, 24, von denen – der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor 22 einen ladestromsperrenden Diodenpfad 26 aufweist und von einem Vorladepfad 28 mit einem Vorladewiderstand 30 überbrückbar ist, und – der batteriezellenabgewandte Feldeffekttransistor 24 einen entladestromsperrenden Diodenpfad 32 aufweist; – einen Spannungsmesser 34 zum Detektieren einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors 24 über dem Feldeffekttransistor 24 anliegenden Spannung; und – einen Stromsensor 36 zum Detektieren eines durch den negativen Strompfad 16 fließenden Stroms. Zusammenfassend erlaubt ein vorbeschriebenes Batteriesystem 10 auf einfache und kostengünstige Weise eine Plausibilisierung von Schaltungsbauteilen für ein Steuern des Batteriesystems bezüglich einer Abschaltung und Strommessung zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems 10.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer besonders kostengünstigen Fehlererkennung einer Schaltungsanordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, welches eine kostengünstige Fehlererkennung einer Schaltungsanordnung ermöglicht.
  • Stand der Technik
  • Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.
  • Lithium-Ionen-Batteriesysteme umfassen mehrere Lithium-Ionen-Zellen, die elektrisch seriell oder parallel verschaltet und durch ein Batterie-Management-System überwacht und zu einem Gesamtsystem integriert sind. Um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten, werden meist Trennschalter verbaut, um bei einem Fehlerfall die Batteriezellen abschalten beziehungsweise von einem Verbraucher trennen zu können. Um auch bei Ausfall eines Schalters noch eine Trennung realisieren zu können, werden die Schalter oftmals redundant ausgelegt.
  • Zusätzlich ist oftmals eine Messung des Batteriestroms notwendig, weshalb entsprechende Stromsensoren vorgesehen sind. Eine derartige Strommessung ist oftmals ebenfalls redundant ausgeführt, so dass zwei Stromsensoren vorgesehen sind, die gegeneinander für eine entsprechende Diagnose plausibilisiert werden.
  • Aus dem Dokument US 2013/0320986 A1 ist eine Diagnosevorrichtung zum Detektieren eines Fehlers in einer Schaltung zwischen einem Energiespeicher und einem elektrischen Gerät bekannt. Die Diagnosevorrichtung umfasst eine Vielzahl an Schaltern, eine Spannungsmessvorrichtung und eine Steuereinheit.
  • Das Dokument DE 10 2013 203 545 A1 beschreibt eine Schalterausfall-Erfassungsvorrichtung mit einem Schalter, einem Gleichrichter, einer Schalterspannungs-Erfassungsschaltung und einer Steuereinrichtung. Der Schalter ist in einem Pfad angeordnet, in dem ein Ladestrom und ein Entladestrom fließen. Der Gleichrichter lässt den Entladestrom durch, indem er den Schalter umgeht, wenn der Schalter ausgeschaltet ist. Die Erfassungsschaltung erfasst eine Spannung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Schalters.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriesystem, aufweisend wenigstens eine Batteriezelle, wobei in einem negativen Strompfad eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung als Schaltungskomponenten wenigstens aufweist:
    • – zwei in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren, von denen
    • – der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor einen ladestromsperrenden Diodenpfad aufweist und von einem Vorladepfad mit einem Vorladewiderstand überbrückbar ist, und
    • – der batteriezellenabgewandte Feldeffekttransistor einen entladestromsperrenden Diodenpfad aufweist;
    • – einen Spannungsmesser zum Detektieren einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors über dem Feldeffekttransistor anliegenden Spannung; und
    • – einen Stromsensor zum Detektieren eines durch den negativen Strompfad fließenden Stroms.
  • Ein vorbeschriebenes Batteriesystem erlaubt eine Plausibilitätsprüfung der einzelnen Schaltungskomponenten mit nur wenigen benötigten Bauteilen, wodurch auf eine Mehrfachausrüstung von einzelnen Bauteilen in weiten Teilen verzichtet werden kann.
  • Unter dem batteriezellenseitigen Feldeffekttransistor kann dabei verstanden werden, dass der Feldeffekttransistor von den zwei in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren schaltungstechnisch zwischen dem weiteren Feldeffekttransistor und der wenigstens einen Batteriezelle angeordnet ist.
  • Entsprechend kann unter dem batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistor verstanden werden, dass dieser Feldeffekttransistor von der wenigstens einen Batteriezelle kommend schaltungstechnisch hinter dem batteriezellenseitigen Feldeffekttransistor angeordnet ist.
  • Unter einem ladestromsperrenden Diodenpfad kann weiterhin verstanden ein stromleitender Pfad, der eine Diode aufweist, welche in wenigstens einem Betriebszustand für einen Ladestrom der Batteriezelle undurchlässig ist beziehungsweise eine derartige Stromrichtung sperrt, jedoch einen Entladestrom passieren lässt beziehungsweise für einen Entladestrom der wenigstens einen Batteriezelle durchlässig ist.
  • Entsprechend kann unter einem entladestromsperrenden Diodenpfad verstanden werden ein stromleitender Pfad, der eine Diode aufweist, welche in wenigstens einem Betriebszustand für einen Entladestrom der Batteriezelle undurchlässig ist beziehungsweise eine derartige Stromrichtung sperrt, jedoch einen Ladestrom passieren lässt beziehungsweise für einen Ladestrom der wenigstens einen Batteriezelle durchlässig ist.
  • Ein derartiges Batteriesystem kann etwa Bestandteil eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein, wie beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, jedoch ist die vorliegende Erfindung für den Fachmann ohne weiteres verständlich nicht auf diese Anwendung beschränkt.
  • Das vorbeschriebene Batteriesystem umfasst wenigstens eine Batteriezelle. Eine derartige Batteriezelle ist in ihrer Art nicht beschränkt und kann grundsätzlich jede bekannte Batteriezelle sein. Rein beispielhaft kann die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Zelle sein. Darüber hinaus wird die vorliegende Erfindung im Folgenden mit nur einer Batteriezelle beschrieben. Dabei ist die Beschreibung des vorliegenden Batteriesystems in für den Fachmann ohne weiteres verständlicher Weise auch für das Vorsehen einer Mehrzahl an insbesondere in Reihe geschalteter Batteriezellen offenbart.
  • Das Batteriesystem weist einen positiven und einen negativen Strompfad auf. Der positive und negative Strompfad verlaufen dabei von der wenigstens einen Batteriezelle zu einem elektrischen Verbraucher beziehungsweise sind an den Verbraucher anschließbar. Der positive Strompfad ist dabei der Strompfad, der von dem positiven Anschluss beziehungsweise der Anode der Batteriezelle zu dem Verbraucher führt beziehungsweise an diesen anschließbar ist. Entsprechend ist der negative Strompfad der, der von dem negativen Kontakt der Batteriezelle beziehungsweise von der Kathode zu dem Verbraucher führt.
  • In dem negativen Strompfad weist das vorbeschriebene Batteriesystem eine Schaltungsanordnung auf. Eine derartige Schaltungsanordnung umfasst zumindest die folgenden Komponenten, kann insbesondere aus den folgenden Komponenten bestehen.
  • Zunächst umfasst die Schaltungsanordnung zwei in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren. Diese können insbesondere jeweils als MOSFET ausgestaltet sein und damit eine an sich bekannte Ausgestaltung aufweisen. Ein derartiger Feldeffekttransistor wie insbesondere MOSFET kann insbesondere dazu dienen, um beispielsweise in einem Fehlerfall einer Batteriezelle diese beziehungsweise sämtliche Batteriezellen von dem Verbraucher trennen zu können. Somit können die Feldeffekttransistoren als elektrischer Schalter dienen, der die entsprechende Leitung in einem Fehlerfall stromlos schalten kann. Dadurch können nach einem Fehlerfall größere Beschädigungen sicher verhindert oder zumindest signifikant reduziert werden. Dies kann bei einem Feldeffekttransistor in für den Fachmann grundsätzlich bekannter Weise problemlos und besonders dynamisch erfolgen.
  • Durch eine Reihenschaltung der beiden vorgesehenen Feldeffekttransistoren beziehungsweise insbesondere MOSFETs liegt einer der Feldeffekttransistoren als batteriezellenseitiger Feldeffekttransistor vor, wohingegen der weitere der beiden Feldeffekttransistoren als batteriezellenabgewandter Feldeffekttransistor vorliegt. Es braucht somit nur eine Kombination zweier Feldeffekttransistoren, beispielsweise MOSFETs, vorzuliegen, die auch als Back to Back (B2B)-Kombination bezeichnet wird, eine redundante Schaltung ist nicht notwendig.
  • Dabei ist es vorgesehen, dass der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor einen ladestromsperrenden Diodenpfad aufweist und von einem Vorladepfad mit einem Vorladewiderstand überbrückbar ist.
  • Somit ist es vorgesehen, dass der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor einen Diodenpfad aufweist, was insbesondere für MOSFETs an sich bekannt ist. Der Diodenpfad beziehungsweise die Diode in dem Diodenpfad ist dabei derart angeordnet, dass sie in Richtung eines Ladestroms eine Sperrwirkung aufweist, einen Endladestrom jedoch passieren lässt. Somit kann ein Ladestrom durch den batteriezellseitigen Feldeffekttransistor fließen nur für den Fall, dass der Feldeffekttransistor geöffnet, also für eine Stromführung durchlässig, ist, wohingegen ein Ladestrom den Diodenpfad bei einem Fehlerfreien Arbeiten stets passieren kann. Somit kann dieser Feldeffekttransistor das Laden der Batteriezelle verhindern.
  • Weiterhin ist der batteriezellseitige Feldeffekttransistor von einem Vorladepfad mit einem Vorladewiderstand überbrückbar. Insbesondere ist nur der batteriezellseitige Feldeffekttransistor von einem Vorladepfad mit einem Vorladewiderstand überbrückbar, wodurch nur die Hälfte der vorbezeichneten B2B-Kombination überbrückbar ist beziehungsweise überbrückt wird. Diesbezüglich kann in dem Vorladepfad insbesondere ein weiterer Schalter vorgesehen sein, der beispielsweise ebenfalls als Feldeffekttransistor, wie etwa MOSFET mit an sich bekanntem und als Vorladewiderstand dienenden Innenwiderstand (RDS), ausgestaltet sein kann. Dabei kann der RDS des MOSFETs so geregelt werden, dass während des Vorladens ein konstanter Strom aus der Batterie fließt. Ein derartiger Vorladepfad mit einem Vorladewiderstand kann insbesondere bei einem Schließen des überbrückten Schalters beziehungsweise Feldeffekttransistors wirken. Wenn nämlich der Feldeffekttransistor als Trennschalter hart eingeschaltet würde, dann würde aufgrund der hohen Eingangskapazität der verwendeten elektrischen Vorrichtungen ein sehr hoher Strom fließen, der zu einem vorzeitigen Altern oder sogar zu einem Beschädigen des Schalters beziehungsweise der Kapazitäten führen kann. Um dies jedoch zu verhindern, ist der Vorladepfad als eine sogenannte Vorladeschaltung vorgesehen, welche den zunächst fließenden Strom begrenzt, so dass bei einem Schließen des überbrückten Feldeffekttransistors, beispielsweise des MOSFETS, ebenfalls nur ein begrenzter Strom fließt. Der Zweck der Vorladeschaltung ist dabei in an sich bekannter Weise die Strombegrenzung im Feldeffekttransistor und ferner insbesondere die Strombegrenzung für die Batteriezellen und weitere externe Komponenten, wie etwa die Kapazität, die geladen wird.
  • Bezüglich des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors ist es ferner vorgesehen, dass dieser einen entladestromsperrenden Diodenpfad aufweist. Der Diodenpfad beziehungsweise die Diode in dem Diodenpfad ist somit derart angeordnet, dass sie in Richtung eines Entladestroms eine Sperrwirkung aufweist, einen Ladestrom jedoch passieren lässt. Somit kann ein Entladestrom durch den batteriezellenseitigen Feldeffekttransistor fließen nur für den Fall, dass der Feldeffekttransistor geöffnet ist, also für eine Stromführung durchlässig ist, wohingegen ein Ladestrom, beispielsweise ein Vorladestrom, den Diodenpfad passieren kann, etwa über die Bodydiode des Feldeffekttransistors. Dieser Feldeffekttransistor kann somit das Entladen der Batteriezellen verhindern.
  • Weiterhin weist die vorbeschriebene Schaltungsanordnung einen Spannungsmesser auf, der eine unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors in dem negativen Strompfad des Batteriesystems über dem Feldeffekttransistor anliegende Spannung messen kann. Ein derartiger Spannungsmesser kann beispielsweise einen Operationsverstärker aufweisen. Eine unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors anliegende Spannung soll dabei ferner insbesondere bedeuten, dass die Spannung im Wesentlichen an dem Eingang und dem Ausgang des Feldeffekttransistors über dem Feldeffekttransistor anliegt und somit dort gemessen werden kann, wobei außer gegebenenfalls einer elektrischen Leitung keine weiteren Schaltungskomponenten innerhalb der anliegenden beziehungsweise gemessenen Spannung vorliegen.
  • Als weiteres Element umfasst die Schaltungsanordnung des vorbeschriebenen Batteriesystems einen Stromsensor zum Detektieren eines durch den negativen Strompfad fließenden Stroms. Dabei kann der Stromsensor insbesondere in Reihe mit den Feldeffekttransistoren geschaltet sein. Ferner kann der Stromsensor grundsätzlich in jeder geeigneten Form ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Stromsensor einen Shuntwiderstand und einen Spannungsmesser beziehungsweise einen Operationsverstärker aufweisen.
  • Durch eine vorbeschriebene Schaltungsanordnung kann es insbesondere ermöglicht werden, dass eine elektrische Leitung schnell und sicher getrennt werden kann. Dadurch kann die Sicherheit eines Batteriesystems besonders hoch sein. Darüber hinaus kann eine derartige Schaltungsanordnung mit wenigen kostengünstigen Bauteilen ausgestaltet sein und dabei eine Plausibilität der einzelnen Komponenten erlauben. Somit kann die vorbeschriebene Schaltungsanordnung dazu dienen, den Betrieb eines Batteriesystems in einer besonders kostengünstigen Weise sicherzustellen.
  • Insbesondere eine redundante Auslegung einer Vielzahl von Komponenten beziehungsweise von Bauteilen der elektrischen Schaltung des Batteriesystems kann durch eine vorbeschriebene Schaltungsanordnung vermieden werden, was signifikant Kosten sparen kann. Dies kann insbesondere für Batteriesysteme mit einem niedrigeren Spannungsniveau von Vorteil sein, da diese oftmals hoch optimiert ausgelegt werden müssen, um an sie gestellte Kostenanforderung zu erfüllen. Deshalb kann insbesondere der Verzicht auf redundante Schaltungen beziehungsweise Schaltungsbauteile ein signifikanter Vorteil sein. Dabei kann es insbesondere von Vorteil ist, dass das Batteriesystem eine solches ist, welches eine Spannung von bis zu 75V, beispielsweise von bis zu 50V, exemplarisch von 48V bereitstellt.
  • Dabei kann die vorliegende Schaltungsanordnung oftmals bereits vorhandene Komponenten für eine Diagnose nutzen, wobei insbesondere ein Vorladestrom verwendet werden kann, um das Funktionieren der Komponenten zu testen beziehungsweise eine Plausibilisierung von Schaltungsbauteilen durchführen zu können.
  • Zusammenfassend kann das vorbeschriebene Batteriesystem somit auf einfache und kostengünstige Weise eine Plausibilisierung von Schaltungsbauteilen für ein Steuern des Batteriesystems bezüglich einer Abschaltung und Strommessung ermöglichen.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, den Figuren und der Beschreibung der Figuren verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines insbesondere wie vorstehend im Detail beschriebenen Batteriesystems, bei welchem eine Funktionsüberprüfung wenigstens einer Schaltungskomponenten erfolgt.
  • Ein vorbeschriebenes Verfahren ermöglicht es auf einfache und kostengünstige Weise, schon bei einem Einschalten und insbesondere Vorladen zu erkennen, ob eines der Bauteile beziehungsweise ob eine der vorgenannten in dem negativen Strompfad vorliegenden Schaltungskomponenten in einer sicherheitskritischen Art defekt ist. Beispielsweise kann erkannt werden, ob ein Schalter nicht öffnen kann oder die Strommessung nicht korrekt misst, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist. Defekte, die nicht zu einem sicherheitskritischen Zustand führen, können später im Normalbetrieb des Batteriesystems, also beispielsweise nach dem Vorladen, festgestellt werden.
  • Wenn eine Funktionsüberprüfung einer vorbeschriebenen Schaltungskomponente durchgeführt wurde kann es ferner vorgesehen sein, dass bei dem Detektieren eines Fehlers bei einer Funktionsüberprüfung, also beispielsweise wenn eine sicherheitskritische Funktionsstörung eines Schaltungsbauteils vorliegt, ein Warnhinweis ausgegeben wird oder das Batteriesystem in einen Notfallmodus überführt, beispielsweise abgeschaltet wird. Beispielsweise kann ein Fehlerhinweis in ein Batterie-Steuersystem, wie beispielsweise in ein Batterie-Management-System übermittelt werden oder das System beispielsweise in einen auch als Limp-Home-Modus bezeichneten Notfallmodus überführt werden. Dabei kann beispielsweise nur eine begrenzte Leistung abgegeben werden oder bei einem Hybrid-System der elektrische Antrieb beispielsweise ausgeschaltet werden.
  • Dabei kann beispielsweise eine Funktionsüberprüfung des batteriezellenseitigen Feldeffekttransitors oder des Vorladewiderstands anhand einer Strommessung des durch den negativen Strompfad fließenden Vorladestroms erfolgen. Wenn eines dieser Schaltungsbauteile defekt ist, kann sich der Zwischenkreiskondensator nicht entladen. Soll ein Vorladen erfolgen und der gemessene Strom ist dabei gleich 0, kann von einem Fehler eines dieser Schaltungsbauteile ausgegangen werden.
  • Bezüglich einer Funktionsüberprüfung des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors kann dies durch eine Detektion einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors über dem Feldeffekttransistor anliegenden Spannung während des Fließens eines Vorladestroms erfolgen. Dieses Schaltungsbauteil wird während des Vorladens nicht angesteuert, dieser Schalter beziehungsweise dieser Feldeffekttransistor ist somit geöffnet, wobei jedoch der Vorladestrom über den Diodenpfad fließen kann. Dies verursacht jedoch einen Spannungsabfall, der je nach verwendeter Technologie beispielhaft und nicht beschränkend in einem Bereich von 0,7V liegen kann. Dieser Spannungsabfall kann mit dem Spannungsmesser wie vorstehend beschrieben ermittelt werden. Tritt der Spannungsabfall nicht auf, ist der Feldeffekttransistor, wie etwa der MOSFET, leitend und insbesondere kurzgeschlossen, so dass das Vorliegen eines fehlerhaften Zustands detektierbar ist und das System beispielsweise in einem Fehlerzustand überbracht werden kann.
  • Mit Bezug auf eine Funktionsüberprüfung des Stromsensors kann diese erfolgen durch ein Vergleichen des während eines Vorladens fließenden Stroms, also des tatsächlich fließenden Vorladestroms, mit einem vorgegebenen Sollwert des Vorladestroms. Dies ist möglich, da der Vorladestrom grundsätzlich bekannt ist.
  • Wird ein wesentlich abweichender Strom gemessen, welcher wenigstens eine vorbestimmte Abweichung aufweist, kann von einem Defekt des Stromsensors oder des Vorladewiderstands ausgegangen werden. Der vorgegebene beziehungsweise definierte Wert kann dabei anhand der Spannungsquelle beziehungsweise in Abhängigkeit der Batteriezellen von einem Batterie-Management-System geliefert oder in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein.
  • Bezüglich einer Überprüfung des Stromsensors kann eine Strommessung während eines Normalbetriebs, also nach einem Vorladen, erfolgen durch eine Detektion einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors über dem Feldeffekttransistor anliegenden Spannung während des Fließens eines Entladestroms, um so besonders kostengünstig eine redundante Strommessung zu realisieren. Somit kann es in anderen Worten vorgesehen sein, dass eine Funktionsüberprüfung der Funktion des Stromsensors beziehungsweise Strommessers erfolgt durch eine Spannungsmessung der stromaufwärts und stromabwärts des zellabgewandten Feldeffekttransistors über dem Feldeffekttransistor anliegenden Spannung während eines Entladens der Batterie.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem Batteriesystem, der Figur und der Beschreibung der Figur verwiesen.
  • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems, welches mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist.
  • In der 1 ist ein Batteriesystem 10 gezeigt, welches an einen elektrischen Verbraucher 12 angeschlossen ist. Beispielsweise kann ein derartiges Batteriesystem 10 Bestandteil sein eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, in welchem Fall der elektrische Verbraucher 12 beispielsweise ein Elektromotor sein kann.
  • Das Batteriesystem 10 umfasst wenigstens eine Batteriezelle 14, gemäß 1 eine Vielzahl von Batteriezellen 14, die mit einem negativen Strompfad 16 und einem positiven Strompfad 18 verbunden ist, wobei durch den negativen 16 und den positiven Strompfad 18 der elektrische Verbraucher 12 mit Energie versorgt wird.
  • In dem negativen Strompfad 16 ist eine Schaltungsanordnung 20 vorgesehen, um beispielsweise den negativen Strompfad 16 zu unterbrechen oder in dem negativen Strompfad 16 eine Strommessung durchzuführen. Die Schaltungsanordnung 20 weist dabei zumindest die folgenden Komponenten auf:
    • – zwei in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren 22, 24, beispielsweise MOSFETs, von denen
    • – der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor 22 einen ladestromsperrenden Diodenpfad 26 aufweist und von einem Vorladepfad 28 mit einem Vorladewiderstand 30 überbrückbar ist, und
    • – der batteriezellenabgewandte Feldeffekttransistor 24 einen entladestromsperrenden Diodenpfad 32 aufweist;
    • – einen Spannungsmesser 34 zum Detektieren einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors 24 über dem Feldeffekttransistor 24 anliegenden Spannung; und
    • – einen Stromsensor 36 zum Detektieren eines durch den negativen Strompfad fließenden Stroms, etwa aufweisend einen Shunt-Widerstand 38 und eine Spannungsmessvorrichtung 40, die als Operationsverstärker ausgestaltet sein kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013/0320986 A1 [0005]
    • DE 102013203545 A1 [0006]

Claims (8)

  1. Batteriesystem, aufweisend wenigstens eine Batteriezelle (14), wobei in einem negativen Strompfad (16) eine Schaltungsanordnung (20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (20) als Schaltungskomponenten wenigstens aufweist: – zwei in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren (22, 24), von denen – der batteriezellenseitige Feldeffekttransistor (22) einen ladestromsperrenden Diodenpfad (26) aufweist und von einem Vorladepfad (28) mit einem Vorladewiderstand (30) überbrückbar ist, und – der batteriezellenabgewandte Feldeffekttransistor (24) einen entladestromsperrenden Diodenpfad (32) aufweist; – einen Spannungsmesser (34) zum Detektieren einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors (24) über dem Feldeffekttransistor (24) anliegenden Spannung; und – einen Stromsensor (36) zum Detektieren eines durch den negativen Strompfad (16) fließenden Stroms.
  2. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorladewiderstand (30) ein Feldeffekttransistor ist.
  3. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung wenigstens einer der Schaltungskomponenten erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung des batteriezellenseitigen Feldeffekttransitors (22) oder des Vorladewiderstands (30) anhand einer Strommessung des durch den negativen Strompfad (16) fließenden Vorladestroms erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors (24) durch eine Detektion einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors (24) über dem Feldeffekttransistor (24) anliegenden Spannung während des Fließens eines Vorladestroms erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung des Stromsensors (36) durch ein Vergleichen des während eines Vorladens fließenden Stroms mit einem vorgegebenen Sollwert des Vorladestroms erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionsüberprüfung des Stromsensors (36) durch eine Detektion einer unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des batteriezellenabgewandten Feldeffekttransistors (24) über dem Feldeffekttransistor (24) anliegenden Spannung während des Fließens eines Entladestroms erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Detektieren eines Fehlers bei einer Funktionsüberprüfung ein Warnhinweis ausgegeben wird und/oder das Batteriesystem (10) in einen Notfallmodus überführt wird.
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