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WO2023088737A1 - Vorrichtung zur vermeidung von überspannungen in einem elektrischen energiespeichersystem - Google Patents

Vorrichtung zur vermeidung von überspannungen in einem elektrischen energiespeichersystem Download PDF

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Publication number
WO2023088737A1
WO2023088737A1 PCT/EP2022/081198 EP2022081198W WO2023088737A1 WO 2023088737 A1 WO2023088737 A1 WO 2023088737A1 EP 2022081198 W EP2022081198 W EP 2022081198W WO 2023088737 A1 WO2023088737 A1 WO 2023088737A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
electrical energy
storage system
switching element
heating element
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081198
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Heppner
Benjamin Gaertner
Alexander Horst
Cornelius Liebenow
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023088737A1 publication Critical patent/WO2023088737A1/de

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    • H02J7/1469—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
    • H02J7/1492—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field by means of controlling devices between the generator output and the battery

Definitions

  • the present invention is based on a device for avoiding overvoltages in an electrical energy storage system according to the preamble of the independent patent claim.
  • Vehicles with combustion engines have a starter battery installed, which mainly provides starter current for the combustion engine and supplies various consumers. Another important function of the starter battery is to stabilize the 12V vehicle electrical system.
  • the starter battery When the combustion engine is running, there is not only the starter battery but also the generator driven by the combustion engine as a power source in the 12V vehicle electrical system. This can only react to variations in the power consumption in the vehicle electrical system with a time lag.
  • the starter battery must therefore also absorb larger amounts of electrical energy from the generator for a short time in order to prevent the occurrence of high voltage peaks in excess of the permitted limit values in the event of consumers in the vehicle electrical system being switched off abruptly. This case is also referred to as a "load dump".
  • the starter battery must absorb the electrical energy fed in from regenerative components or dampen its gradients in order to prevent high voltage peaks.
  • a lead-acid battery is usually used as a starter battery, which is so robust in its structure that it can also withstand a certain amount of overcharging. Therefore, this battery can also be permanently connected to the vehicle electrical system and then still fulfills the function of voltage stabilization even if its ability to store energy has already decreased significantly due to aging or incorrect handling.
  • Lithium-ion batteries are increasingly being used as starter batteries to save weight and improve environmental compatibility. These differ from the lead-acid battery, among other things, in that under certain conditions they cannot absorb any electrical energy. On the one hand, this is the case when the battery is already fully charged. On the other hand, unrestricted charging of the lithium-ion battery is no longer permitted in very cold temperatures (battery temperature below 0°C). If the charging direction is switched off, however, the battery can no longer fulfill the function of stabilizing the vehicle electrical system.
  • the solution that is possible according to the prior art consists in communication between the vehicle's control unit and the battery.
  • the energy provided by the alternator is then adapted to the state of charge of the battery and when the starter battery is completely or largely full or when the battery temperature is (very) low, the alternator will no longer generate any charging current. As a result, the charging direction no longer needs to be shut down, so it can continue to perform the surge absorbing functions
  • capacitors can be used.
  • the publication DE 10 2014 105 764 A1 discloses a battery with one or more stacks of series-connected battery cells, with at least one resistor and a controller that switches the resistor either in parallel or in series with the stack, with the resistor being in thermal contact with the Battery cells of the stack is arranged in the battery.
  • the publication DE 10 2017 215 083 A1 relates to a battery housing for accommodating at least one battery module and its electronics.
  • the device comprises a control unit, a first switching element, a second switching element and a first heating element in series connection with the second switching element.
  • the device is configured to be connected to the electrical energy storage system.
  • the control unit is set up to detect a voltage of the electrical energy storage system and to control the first switching element when a predefined voltage limit of the electrical energy storage system is reached in such a way that when connected to the electrical Energy storage system, a current flow in the charging direction of the electrical energy storage system is blocked by the first switching element.
  • the second switching element is controlled by the electronic control unit in such a way that when the predefined voltage limit is reached, the second switching element becomes conductive, so that the first heating element heats up when connected to the electrical energy storage system.
  • the heating functionality is advantageously used for the direct heating of a cold electrical energy storage unit. By avoiding charging above the voltage limit, the battery life is also extended.
  • the control unit is expediently set up to activate the first switching element when a predefined first temperature of the electrical energy storage system is exceeded in such a way that, when connected to the electrical energy storage system, the current flow in the charging direction of the electrical energy storage system is blocked by the first switching element.
  • the second switching element is controlled by the electronic control unit in such a way that the second switching element becomes conductive.
  • the electronic control unit is expediently set up, when the temperature of the electrical energy storage unit falls below a predefined second value, to activate the first switching element in such a way that, when connected to the electrical energy storage system, the electrical energy storage system is charged with a charging power that is below a first power limit value.
  • the second switching element is controlled in such a way that, when connected to the electrical energy storage system, the electrical energy storage unit is heated with a predefined heat output.
  • the controlled heating can, for example, heat the electrical energy storage unit with the power of a generator, for example an electric vehicle, or also when charging with a charging device by using part of the power or the entire power.
  • the heating element is expediently controlled by means of a clocked control. This can be done in particular by means of pulse width modulation or hysteresis control. This is advantageous because it means that the vehicle electrical system voltage does not rise above a specific maximum value or fall below a specific minimum value.
  • the electrical energy storage system expediently comprises a third switching element and a second heating element, the second heating element being arranged in series with the third switching element.
  • the second heating element is expediently integrated into the electrical energy storage system in such a way that during operation, that is to say when it is energized, it primarily emits heat outside of the electrical energy storage system. This is advantageous since a large part of the heat generated is thus dissipated to the outside and does not contribute to the heating of the electrical energy storage unit. Especially with an electrical energy storage unit that is already warm a further energy input is disadvantageous. Furthermore, this supports the stabilization function of the electrical energy storage system in a vehicle electrical system.
  • the control unit is expediently set up to activate the first heating element and the second heating element in such a way that the second heating element emits more energy than the first heating element. This is advantageous because in this way more energy is released in a targeted manner outside of the electrical energy storage system than inside, and excessive heating is thus avoided.
  • the device expediently comprises a fourth switching element and a third heating element connected in series with the fourth switching element, the control unit being set up, when the current flow is blocked by the first switching element in the charging direction of the electrical energy storage system, to control the fourth switching element in such a way that a charging current flows through the fourth switching element and allowing the third heating element to flow into the electrical energy storage system.
  • This is advantageous because it allows the electrical energy storage system to be charged at least with a reduced current and at the same time the system temperature is increased, which in turn enables higher charging currents.
  • a control unit can be understood in particular as an electronic control unit, which includes, for example, a microcontroller and/or an application-specific hardware module, e.g. an ASIC and/or a suitable circuit of non-specific hardware modules, but it can also include a personal computer or server system or a programmable logic controller drop control.
  • an electronic control unit which includes, for example, a microcontroller and/or an application-specific hardware module, e.g. an ASIC and/or a suitable circuit of non-specific hardware modules, but it can also include a personal computer or server system or a programmable logic controller drop control.
  • An electrical energy storage unit can be understood in particular as an electrochemical battery cell and/or a battery module with at least one electrochemical battery cell and/or a battery pack with at least one battery module.
  • the electrical energy storage unit can be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack.
  • the electrical energy storage unit can be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion Battery module or a lithium-ion battery pack.
  • the battery cell can be of the lithium-polymer accumulator, nickel-metal hydride accumulator, lead-acid accumulator, lithium-air accumulator or lithium-sulphur accumulator type or, more generally, an accumulator of any electrochemical composition.
  • the subject matter of the disclosure is a method for avoiding overvoltages in an electrical energy storage system having at least one electrical energy storage unit and a device according to the invention.
  • the method includes the method step that when a predefined voltage limit of the electrical energy storage unit is reached, the flow of current in the charging direction of the electrical energy storage unit is blocked by actuating the first switching element.
  • the second switching element is controlled in such a way that the second switching element becomes conductive when the predefined voltage limit is reached.
  • the second switching element of the device is expediently controlled in such a way that the voltage of the electrical energy storage system is kept within a predefined voltage corridor.
  • the subject matter of the disclosure is a computer program comprising instructions which cause the above-mentioned device to carry out the steps of the method described above.
  • the subject matter of the disclosure is a machine-readable storage medium on which the computer program described above is stored.
  • the computer program can be easily distributed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical energy storage system according to the invention in accordance with a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an electrical energy storage system according to the invention in accordance with a second embodiment
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to the invention according to one embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a device according to the invention according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical energy storage system 10 according to the invention according to a first embodiment.
  • the electrical energy storage system 10 has a housing 16, with both a positive terminal 17 and a negative terminal 18 being led to the outside on the housing 16 in order to charge or remove electrical energy.
  • the electrical energy storage system 10 has at least one electrical energy storage unit 11, an electronic control unit 12, a first heating element 13, a first switching element 14 in the current flow path of the electrical energy storage unit 11 and a second switching element 15 in the current flow path of the first heating element 13.
  • the first switching element can, for example, be a relay or a power electronic switch, in particular a transistor or a group of transistors and/or other semiconductor elements.
  • the electrical energy storage system 10 has two conductors 101 , 102 for measuring the voltage between the terminals 17 , 18 of the electrical energy storage system 10 .
  • the conductors 101, 102 are connected to the electronic control unit 12.
  • the electrical energy storage system 10 has two further conductors 121, 122, which can be used, for example, to supply voltage to the electronic control unit 12 and/or to measure the electrical voltage of the electrical energy storage unit 11.
  • the first switching element 14 is arranged in the current flow path 103 of the electrical energy storage unit 11 . Furthermore, the second switching element 15 is arranged in the current flow path 104 of the first heating element 13 .
  • the first switching element 14 is activated via a first activation line 105 . Alternatively, this can also be done wirelessly.
  • the second switching element 15 is controlled via a second control line 106 . Alternatively, this can also be done wirelessly.
  • a line 107 for temperature measurement can also be attached to the electrical energy storage unit 11 .
  • electronic control unit 12 is set up, when a predefined voltage limit of electrical energy storage unit 11 is reached, to activate first switching element 14 in such a way that the flow of current in the charging direction of electrical energy storage unit 11 is blocked by the first switching element, and/or to activate second switching element 15 in this way that when the predefined voltage limit is reached, the second switching element 15 becomes electrically conductive.
  • the predefined voltage limit can be selected depending on the application, for example 16 volts.
  • the corresponding components form the device according to the invention, which is already connected to the electrical energy storage system 10 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an electrical energy storage system 20 according to the invention according to a second embodiment.
  • the electrical energy storage system 20 has a housing 26, with both a positive terminal 27 and a negative terminal 28 being led to the outside on the housing 26 in order to be able to draw electrical energy.
  • the electrical energy storage system 20 has at least one electrical energy storage unit 21, an electronic control unit 22, a first heating element 23, a first switching element 24 in the current flow path of the electrical energy storage unit 21 and a second switching element 25 in the current flow path of the first heating element 23.
  • the electrical energy storage system 20 has a second heating element 208 and a third switching element 29 in the current flow path of the second heating element 208 .
  • the first heating element 23 is arranged closer to the electrical energy storage unit 21 than the second heating element 208.
  • the first heating element 23 therefore has a better thermal connection to the electrical energy storage unit 21 than the second heating element 208.
  • the second heating element 208 When in use, the second heating element 208, due to its integration on the inner surface of the housing 26, dissipates heat predominantly outside of the electrical energy storage system.
  • the electrical energy storage system 20 has two conductors 201 , 202 for measuring the voltage between the terminals 27 , 28 of the electrical energy storage system 20 .
  • the conductors 201, 202 are connected to the electronic control unit 22.
  • the electrical energy storage system 20 has two further conductors 221, 222, which can be used, for example, to supply voltage to the electronic control unit 22 and/or to measure the electrical voltage of the electrical energy storage unit 21.
  • the first switching element 24 is arranged in the current flow path 203 of the electrical energy storage unit 21 . Furthermore, the second switching element 25 is arranged in the current flow path 204 of the first heating element 23 .
  • the first switching element 24 is activated via a first activation line 205 . Alternatively, this can also be done wirelessly.
  • the second switching element 25 is activated via a second activation line 206 . Alternatively, this can also be done wirelessly.
  • a line 207 for temperature measurement can also be attached to the electrical energy storage unit 11 .
  • the third switching element 29 is activated via a third activation line 209 .
  • the electronic control unit 22 has at least the control functionality described above.
  • the corresponding components form the device according to the invention, which is already connected to the electrical energy storage system 20 .
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to the invention according to one embodiment.
  • the method for operating an electrical energy storage system comprises the method steps described below.
  • the electrical energy storage system has at least one electrical energy storage unit, an electronic control unit, a first heating element, a first switching element in the current flow path of the electrical energy storage unit and a second switching element in the current flow path of the first heating element.
  • Such an electrical energy storage system is shown in FIG. 1, for example.
  • a first step S31 it is checked whether a predefined voltage limit of the electrical energy storage unit has been reached. If this is the case, the second step S32 is carried out. In the second step S32, the flow of current in the charging direction of the electrical energy storage unit is blocked by actuating the first switching element.
  • a third step S33 which follows the second step S32, the second switching element is driven in such a way that the second switching element becomes conductive.
  • the third step S33 can also be carried out in parallel with the second step S32.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a device 40 according to the invention for avoiding overvoltages in an electrical energy storage system according to an embodiment.
  • the device 40 comprises a control unit 42, a first switching element 44, a second switching element 45 and a first heating element 43, which is arranged in series with the first switching element.
  • the device 40 can be connected to an electrical energy storage system by means of the connections 46 , 47 , 48 .
  • the control unit 42 can also use the two connections 41 to determine an electrical voltage of the electrical energy storage system. Using this information, control unit 42 can then control first switching element 42 when a predefined voltage limit of the electrical energy storage system is reached, in order to block a current flow in the charging direction of the electrical energy storage system through first switching element 44 when connected to the electrical energy storage system.
  • control unit 42 can be set up to activate the second switching element 45 in such a way that when the predefined voltage limit is reached, the second switching element 45 becomes electrically conductive, so that the first heating element 43 heats up when it is connected to the electrical energy storage system, since electrical current can flow through the first heating element 43 can flow.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (40) zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (42), ein erstes Schaltelement (44), ein zweites Schaltelement (45) und ein erstes Heizelement (43) in Reihenschaltung mit dem zweiten Schaltelement (45) umfasst und mit dem elektrischen Energiespeichersystem elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (42) eingerichtet ist, eine Spannung des elektrischen Energiespeichersystems zu erfassen und bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze des elektrischen Energiespeichersystems das erste Schaltelement (44) derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem ein Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems durch das erste Schaltelement (44) gesperrt wird und/oder das zweite Schaltelement (45) derart anzusteuern, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement (45) elektrisch leitend wird, sodass sich bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem das erste Heizelement (43) erwärmt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Stand der Technik
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren haben eine Starterbatterie verbaut, die hauptsächlich Starterstromes für den Verbrennungsmotor bereitstellt und diverse Verbraucher versorgt. Eine weitere wichtige Funktion der Starterbatterie liegt in der Stabilisierung des 12V-Bordnetzes.
Wenn der Verbrennungsmotor läuft, gibt es außer der Starterbatterie noch den vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generator als Stromquelle im 12V-Bord- netz. Dieser kann nur mit einem zeitlichen Versatz auf Variationen der Leistungsentnahme im Bordnetz reagieren. Die Starterbatterie muss daher kurzfristig auch größere Mengen an elektrischer Energie vom Generator aufnehmen, um das Auftreten von hohen Spannungsspitzen über erlaubte Grenzwerte hinaus im Falle eines abrupten Abschaltens von Verbrauchern im Bordnetz zu verhindern. Dieser Fall wird auch als „Load Dump“ bezeichnet. Ähnlich muss die Starterbatterie die eingespeiste elektrische Energie rückspeisender Komponenten aufnehmen oder aber ihre Gradienten bedämpfen, um hohe Spannungsspitzen zu verhindern.
Außerdem muss sie das Auftreten von hohen Spannungsspitzen im Falle eines abrupten Abschaltens von Verbrauchern im Bordnetz verhindern (sogenannte „load dumps“). Üblicherweise wird als Starterbatterie eine Blei-Säure Batterie verwendet, die in ihrem Aufbau so robust ist, dass sie auch eine gewisse Überladung ertragen kann. Daher kann diese Batterie auch dauerhaft mit dem Bordnetz verbunden sein und erfüllt dann die Funktion der Spannungsstabilisierung selbst dann noch, wenn ihr Vermögen zur Energiespeicherung wegen Alterung oder Fehlbehandlung schon stark abgenommen hat.
Aus Gründen der Gewichtseinsparung sowie der besseren Umweltverträglichkeit werden zunehmend Lithiumionen-Batterien als Starterbatterie eingesetzt. Diese unterscheiden sich von der Blei-Säure-Batterie unter anderem dadurch, dass sie unter bestimmten Bedingungen keine elektrische Energie aufnehmen können. Dies ist zum einen der Fall, wenn die Batterie bereits vollgeladen ist. Zum anderen ist bei sehr kalten Temperaturen (Batterietemperatur unterhalb 0°C) ein unbeschränktes Laden der Lithium-Ionen-Batterie nicht mehr gestattet. Bei einem Abschalten der Laderichtung kann die Batterie jedoch nicht mehr die Funktion der Bordnetz-Stabilisierung erfüllen.
Die nach dem Stand der Technik mögliche Lösung besteht in einer Kommunikation des Steuergerätes des Fahrzeugs mit der Batterie. Die vom Generator bereitgestellte Energie wird dann an den Ladezustand der Batterie angepasst und bei einer ganz oder weitestgehend vollen Starterbatterie bzw. bei (sehr) geringer Batterietemperatur wird der Generator keinen Ladestrom mehr erzeugen. Infolge dessen muss die Laderichtung nicht mehr abgeschaltet werden, so dass sie weiterhin die Funktionen des Abfangens von Spannungsspitzen erfüllen kann
Diese Lösung ist aber nur anwendbar, wenn bei Entwicklung des Fahrzeugs bereits die Verwendung einer Lithium-Ionen-Starterbatterie vorgesehen war und es somit eine geeignete Kommunikationsschnittstelle und entsprechende Programme und notwendige Parameter in der zentralen Steuerung des Fahrzeugs vorhanden sind.
Zusätzlich können dem Stand der Technik entsprechend Kondensatoren zum Einsatz kommen. Die Verwendung von Kondensatoren, welche zur Starterbatterie parallelgeschaltet sind, führen zu hohen Kosten für diese Bauteile und die Kondensatoren beanspruchen zusätzlichen Bauraum und zusätzliche Leitungen im Fahrzeug.
Ebenfalls wird nach dem Stand der Technik vorgeschlagen, Lithium-Ionen-Batte- rien bei tiefen Temperaturen zu beheizen und die dafür notwendige Energie aus der Batterie oder vom 12V-Bordnetz zu entnehmen (vorheizen). Dabei muss zuerst das Heizen der Batterie stattfinden bevor der Strom wieder in Laderichtung fließen darf. Dies bedeutet aber, dass eine Aufheizung als spontane Gegenmaßnahme für auftretende Spannungspulse viel zu langsam ist.
Die Druckschrift DE 10 2014 105 764 Al offenbart Batterie mit einem oder mehreren Stacks von in Serie geschalteten Batteriezellen, mit mindestens einem Widerstand und einer Steuerung, die den Widerstand wahlweise parallel oder in Serie zu dem Stack schaltet, wobei der Widerstand in thermischem Kontakt zu den Batteriezellen des Stacks in der Batterie angeordnet ist.
Die Druckschrift DE 10 2017 215 083 Al betrifft ein Batteriegehäuse zur Aufnahme von mindestens einem Batteriemodul und dessen Elektronik.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Offenbart wird eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem mit einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein erstes Heizelement in Reihenschaltung mit dem zweiten Schaltelement. Die Vorrichtung ist dafür eingerichtet, mit dem elektrischen Energiespeichersystem verbunden zu werden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Spannung des elektrischen Energiespeichersystems zu erfassen und bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze des elektrischen Energiespeichersystems das erste Schaltelement derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem ein Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems durch das erste Schaltelement gesperrt wird. Alternativ oder zusätzlich wird das zweite Schaltelement durch die elektronische Steuereinheit derart angesteuert, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement leitend wird, sodass sich bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem das erste Heizelement erwärmt.
Dies ist vorteilhaft, da bei gesperrter Laderichtung der elektrischen Energiespeichereinheit überschüssige Energie mittels des Heizelementes in Wärme umgewandelt wird. Dies kann beispielsweise in einem Fahrzeug-Bordnetz der Fall sein. Somit kann das Bordnetz stabilisiert werden, auch wenn ein Laden der Batterie, beispielsweise aus Sicherheitsgründen, nicht zugelassen ist und eine Überspannung in einem elektrischen Bordnetz vermieden werden soll. Vorteilhafterweise wird die Heizfunktionalität zur direkten Heizung einer kalten elektrischen Energiespeichereinheit genutzt. Durch das Vermeiden des Ladens über die Spannungsgrenze wird zudem die Lebensdauer der Batterie verlängert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit eingerichtet, bei Überschreiten einer vordefinierten ersten Temperatur des elektrischen Energiespeichersystems das erste Schaltelement derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem der Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems durch das erste Schaltelement gesperrt wird. Alternativ oder zusätzlich wird das zweite Schaltelement derart angesteuert durch die elektronische Steuereinheit, dass das zweite Schaltelement leitend wird.
Dies ist vorteilhaft, da somit eine Überhitzung und ein Laden der elektrischen Energiespeichereinheit bei unzulässig hohen Temperaturen verhindert wird, jedoch gleichzeitig unerlaubt hohe Spannungsspitzen in einem elektrischen Bordnetz vermieden werden. Zweckmäßigerweise ist die elektronische Steuereinheit eingerichtet, bei Unterschreiten einer vordefinierten zweiten Temperatur der elektrischen Energiespeichereinheit das erste Schaltelement derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem das elektrische Energiespeichersystem mit einer unter einem ersten Leistungsgrenzwert liegenden Ladeleistung geladen wird. Alternativ oder zusätzlich wird das zweite Schaltelement derart angesteuert, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem die elektrische Energiespeichereinheit mit einer vordefinierten Heizleistung erwärmt wird.
Dies ist vorteilhaft, da bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise unter 0 °C, elektrische Energiespeichereinheiten typischerweise nur mit reduzierter Leistung geladen werden dürfen, um keine übermäßige Alterung zu erzeugen beziehungsweise um nicht die Sicherheit der elektrischen Energiespeichereinheit zu gefährden. Durch die gesteuerte Erwärmung kann beispielsweise die elektrische Energiespeichereinheit mit der Leistung eines Generators, beispielsweise eines elektrischen Fahrzeugs, oder auch bei Ladung mit einem Ladegerät durch Verwendung eines Teils der Leistung oder auch der gesamten Leistung aufgeheizt werden.
Zweckmäßigerweise wird das Heizelement mittels einer getakteten Ansteuerung angesteuert. Dabei kann dies insbesondere mittels Pulsweitenmodulation oder Hystereseregelung erfolgen. Dies ist vorteilhaft, da dadurch erreicht wird, dass die Bordnetzspannung nicht über einen bestimmten Maximalwert steigt beziehungsweise nicht unter einen bestimmten Minimalwert fällt.
Zweckmäßigerweise umfasst das elektrische Energiespeichersystem ein drittes Schaltelement und ein zweites Heizelement, wobei das zweite Heizelement in Reihenschaltung mit dem dritten Schaltelement angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise ist das zweite Heizelement derart in das elektrische Energiespeichersystem integriert, dass es im Betrieb, das heißt bei Bestromung, Wärme überwiegend außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems abgibt. Dies ist vorteilhaft, da somit ein Großteil der erzeugten Wärme nach außen abgeführt wird und nicht zur Erwärmung der elektrischen Energiespeichereinheit beiträgt. Insbesondere bei einer bereits warmen elektrischen Energiespeichereinheit ist ein weiterer Energieeintrag nachteilig. Weiterhin wird dadurch die Stabilisierungsfunktion des elektrischen Energiespeichersystems in einem Bordnetz unterstützt.
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit eingerichtet, das erste Heizelement und das zweite Heizelement derart anzusteuern, dass das zweite Heizelement mehr Energie abgibt als das erste Heizelement. Dies ist vorteilhaft, da somit gezielt mehr Energien außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems abgegeben wird als innerhalb und eine übermäßige Erwärmung somit vermieden wird.
Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung ein viertes Schaltelement und ein drittes Heizelement in Reihenschaltung mit dem vierten Schaltelement, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, bei durch das erste Schaltelement gesperrtem Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems das vierte Schaltelement derart anzusteuern, dass ein Ladestrom durch das vierte Schaltelement und das dritte Heizelement in das elektrische Energiespeichersystem fließen kann. Dies ist vorteilhaft, da dadurch das elektrische Energiespeichersystem zumindest mit verringertem Strom geladen werden kann und gleichzeitig die Systemtemperatur erhöht wird, was wiederum höhere Ladeströme ermöglicht.
Unter einer Steuereinheit kann insbesondere eine elektronische Steuereinheit, welche beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC und/oder eine geeignete Schaltung nicht-spezifischer Hardwarebausteine, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder Serversystem oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen- Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumula- tor, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel- Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Verfahren zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst dabei den Verfahrensschritt, dass bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze der elektrischen Energiespeichereinheit der Stromfluss in Laderichtung der elektrischen Energiespeichereinheit durch Ansteuern des ersten Schaltelementes gesperrt wird. Alternativ oder zusätzlich wird das zweite Schaltelement derart angesteuert, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement leitend wird. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
Zweckmäßigerweise wird das zweite Schaltelement der Vorrichtung derart angesteuert, dass die Spannung des elektrischen Energiespeichersystems innerhalb eines vordefinierten Spannungskorridors gehalten wird.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die oben genannte Vorrichtung die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausführt. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das oben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist. Somit kann das Computerprogramm auf einfache Weise verteilt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das elektrische Energiespeichersystem 10 weist ein Gehäuse 16 auf, wobei an dem Gehäuse 16 sowohl ein positives Terminal 17 als auch ein negatives Terminal 18 nach außen geführt sind, um elektrische Energie zu laden oder zu entnehmen.
Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 10 mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit 11, eine elektronische Steuereinheit 12, ein erstes Heizelement 13, ein erstes Schaltelement 14 im Stromflusspfad der elektrischen Energiespeichereinheit 11 und eine zweites Schaltelement 15 im Stromflusspfad des ersten Heizelementes 13 auf. Das erste Schaltelement kann beispielsweise ein Relais oder ein leistungselektronischer Schalter, insbesondere ein Transistor oder eine Gruppe von Transistoren und/oder anderen Halbleiterelementen, sein.
Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 10 zwei Leiter 101, 102 zur Spannungsmessung zwischen den Terminals 17, 18 des elektrischen Energiespeichersystems 10 auf. Die Leiter 101, 102 sind mit der elektronischen Steuereinheit 12 verbunden. Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 10 zwei weitere Leiter 121, 122 auf, welche beispielsweise der Spannungsversorgung der elektronischen Steuereinheit 12 dienen können und/oder zur Spannungsmessung der elektrischen Spannung der elektrischen Energiespeichereinheit 11.
Wie in Figur 1 zu sehen ist, ist das erste Schaltelement 14 in dem Stromflusspfad 103 der elektrischen Energiespeichereinheit 11 angeordnet. Weiterhin ist das zweite Schaltelement 15 in dem Stromflusspfad 104 des ersten Heizelementes 13 angeordnet.
Das erste Schaltelement 14 wird über eine erste Ansteuerleitung 105 angesteuert. Alternativ kann dies auch drahtlos erfolgen. Das zweite Schaltelement 15 wird über eine zweite Ansteuerleitung 106 angesteuert. Alternativ kann dies auch drahtlos erfolgen. Zusätzlich kann auch noch eine Leitung 107 zur Temperaturmessung an der elektrischen Energiespeichereinheit 11 angebracht sein.
Dabei ist die elektronische Steuereinheit 12 eingerichtet, bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze der elektrischen Energiespeichereinheit 11, das erste Schaltelement 14 derart anzusteuern, dass der Stromfluss in Laderichtung der elektrischen Energiespeichereinheit 11 durch das erste Schaltelement gesperrt wird, und/oder das zweite Schaltelement 15 derart anzusteuern, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement 15 elektrisch leitend wird. Die vordefinierte Spannungsgrenze kann dabei je nach Anwendungsfall gewählt werden, beispielsweise zu 16 Volt. Die entsprechenden Komponenten bilden dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche bereits mit dem elektrischen Energiespeichersystem 10 verbunden ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das elektrische Energiespeichersystem 20 weist ein Gehäuse 26 auf, wobei an dem Gehäuse 26 sowohl ein positives Terminal 27 als auch ein negatives Terminal 28 nach außen geführt sind, um elektrische Energie entnehmen zu können.
Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 20 mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit 21, eine elektronische Steuereinheit 22, ein erstes Heizelement 23, ein erstes Schaltelement 24 im Stromflusspfad der elektrischen Energiespeichereinheit 21 und ein zweites Schaltelement 25 im Stromflusspfad des ersten Heizelementes 23 auf.
Darüber hinaus weist das elektrische Energiespeichersystem 20 ein zweites Heizelement 208 und ein drittes Schaltelement 29 im Stromflusspfad des zweiten Heizelementes 208 auf.
Das erste Heizelement 23 ist dabei näher an der elektrischen Energiespeichereinheit 21 angeordnet als das zweite Heizelement 208. Das erste Heizelement 23 weist somit eine bessere thermische Anbindung an die elektrische Energiespeichereinheit 21 auf als das zweite Heizelement 208.
Das zweite Heizelement 208 gibt bei Nutzung, durch seine Integration an der inneren Oberfläche des Gehäuses 26, Wärme überwiegend außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems ab.
Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 20 zwei Leiter 201, 202 zur Spannungsmessung zwischen den Terminals 27, 28 des elektrischen Energiespeichersystems 20 auf. Die Leiter 201, 202 sind mit der elektronischen Steuereinheit 22 verbunden. Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem 20 zwei weitere Leiter 221, 222 auf, welche beispielsweise der Spannungsversorgung der elektronischen Steuereinheit 22 dienen können und/oder zur Spannungsmessung der elektrischen Spannung der elektrischen Energiespeichereinheit 21.
Wie in Figur 2 zu sehen ist, ist das erste Schaltelement 24 in dem Stromflusspfad 203 der elektrischen Energiespeichereinheit 21 angeordnet. Weiterhin ist das zweite Schaltelement 25 in dem Stromflusspfad 204 des ersten Heizelementes 23 angeordnet.
Das erste Schaltelement 24 wird über eine erste Ansteuerleitung 205 angesteuert. Alternativ kann dies auch drahtlos erfolgen. Das zweite Schaltelement 25 wird über eine zweite Ansteuerleitung 206 angesteuert. Alternativ kann dies auch drahtlos erfolgen. Zusätzlich kann auch noch eine Leitung 207 zur Temperaturmessung an der elektrischen Energiespeichereinheit 11 angebracht sein. Das dritte Schaltelement 29 wird über eine dritte Ansteuerleitung 209 angesteuert.
Die elektronische Steuereinheit 22 weist dabei zumindest die oben beschriebene Funktionalität zur Ansteuerung auf.
Die entsprechenden Komponenten bilden dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche bereits mit dem elektrischen Energiespeichersystem 20 verbunden ist.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems umfasst dabei die nachstehend beschriebenen Verfahrensschritte. Das elektrische Energiespeichersystem weist mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, eine elektronische Steuereinheit, ein erstes Heizelement, ein erstes Schaltelement im Stromflusspfad der elektrischen Energiespeichereinheit und ein zweites Schaltelement im Stromflusspfad des ersten Heizelementes auf. Ein derartiges elektrisches Energiespeichersystem ist beispielsweise in Figur 1 dargestellt. In einem ersten Schritt S31 wird überprüft, ob eine vordefinierte Spannungsgrenze der elektrischen Energiespeichereinheit erreicht ist. Ist dies der Fall, wird der zweite Schritt S32 durchgeführt. In dem zweiten Schritt S32 wird der Stromfluss in Laderichtung der elektrischen Energiespeichereinheit durch Ansteuern des ersten Schaltelements gesperrt.
In einem dritten Schritt S33, der auf den zweiten Schritt S32 folgt, wird das zweite Schaltelement derart angesteuert, dass das zweite Schaltelement leitend wird. Der dritte Schritte S33 kann auch parallel zu dem zweiten Schritt S32 ausgeführt werden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 40 umfasst dabei eine Steuereinheit 42, ein erstes Schaltelement 44, ein zweites Schaltelement 45 und ein erstes Heizelement 43, welches in Reihenschaltung mit dem ersten Schaltelement angeordnet ist. Die Vorrichtung 40 kann mittels der Anschlüsse 46, 47, 48 mit einem elektrischen Energiespeichersystem verbunden werden. Die Steuereinheit 42 kann zusätzlich mittels der beiden Anschlüsse 41 eine elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichersystems ermitteln. Mittels dieser Information kann die Steuereinheit 42 dann das erste Schaltelement 42 bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze des elektrischen Energiespeichersystems ansteuern, um bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem einen Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems durch das erste Schaltelement 44 zu sperren. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 42 eingerichtet sein das zweite Schaltelement 45 derart anzusteuern, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement 45 elektrisch leitend wird, sodass sich bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem das erste Heizelement 43 erwärmt, da somit elektrischer Strom durch das erste Heizelement 43 fließen kann.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (40) zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (11, 21), wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (12, 22, 42), ein erstes Schaltelement (14, 24, 44), ein zweites Schaltelement (15, 25, 45) und ein erstes Heizelement (13, 23, 43) in Reihenschaltung mit dem zweiten Schaltelement (15, 25, 45) umfasst und mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10,20) elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12, 22, 42) eingerichtet ist, eine Spannung des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) zu erfassen und bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) das erste Schaltelement (14, 24, 44) derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) ein Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) durch das erste Schaltelement (14, 24, 44) gesperrt wird und/oder das zweite Schaltelement (15, 25, 45) derart anzusteuern, dass bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze das zweite Schaltelement (15, 25, 45) elektrisch leitend wird, sodass sich bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) das erste Heizelement (13, 23, 43) erwärmt.
2. Vorrichtung (50) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (12, 22, 42) weiterhin eingerichtet ist, bei Überschreiten einer vordefinierten ersten Temperatur des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) das erste Schaltelement (14, 24, 44) derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) der Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) durch das erste Schaltelement (14, 24, 44) gesperrt wird, und/oder das zweite Schaltelement (15, 25, 45) derart anzusteuern, dass das zweite Schaltelement (15, 25, 45) elektrisch leitend wird.
3. Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12, 22, 42) eingerichtet ist, bei Unterschreiten einer vordefinierten zweiten Temperatur des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) das erste Schaltelement (14, 24, 44) derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) das elektrische Energiespeichersystem (10, 20) mit einer unter einem ersten Leistungsgrenzwert liegenden Ladeleistung geladen wird, und/oder das zweite Schaltelement (15, 25, 45) derart anzusteuern, dass bei Verbindung mit dem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) die elektrische Energiespeichereinheit (11, 21) mit einer vordefinierten Heizleistung erwärmt wird. Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerung des ersten Heizelementes (13, 23, 43) mittels einer getakteten Ansteuerung, insbesondere Pulsweitenmodulation oder Hystereseregelung erfolgt. Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein drittes Schaltelement (29) und ein zweites Heizelement (208) in Reihenschaltung mit dem dritten Schaltelement (29). Vorrichtung (40) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zweite Heizelement (208) derart in das elektrische Energiespeichersystem (10, 20) integriert ist, dass es Wärme überwiegend außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) abgibt. Vorrichtung (40) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Steuereinheit (12, 22, 42) eingerichtet ist, das erste Heizelement (13, 23, 43) und das zweite Heizelement (208) derart anzusteuern, dass das zweite Heizelement (208) mehr Energie abgibt als das erste Heizelement (13, 23, 43). Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein viertes Schaltelement und ein drittes Heizelement in Reihenschaltung mit dem vierten Schaltelement, wobei die Steuereinheit (12, 22, 42) eingerichtet ist, bei durch das erste Schaltelement (14, 24, 44) gesperrtem Stromfluss in Laderichtung des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) das vierte Schaltelement derart anzusteuern, dass ein Ladestrom durch das vierte Schaltelement und das dritte Heizelement in das elektrische Energiespeichersystem (10, 20) fließen kann. - 15 - Elektrisches Energiespeichersystem (10, 20) mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (11, 21), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichersystem (10, 20) eine Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. Verfahren zur Vermeidung von Überspannungen in einem elektrischen Energiespeichersystem (10, 20) mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit (11, 21) und einer Vorrichtung (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten: a) Bei Erreichen einer vordefinierten Spannungsgrenze des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) Sperren des Stromflusses in Laderichtung der elektrischen Energiespeichereinheit (11, 21) durch Ansteuern des ersten Schaltelementes (14, 24, 44); und/oder b) bei Erreichen der vordefinierten Spannungsgrenze Ansteuern des zweiten Schaltelementes (15, 25, 45) derart, dass das zweite Schaltelement (15, 25, 45) leitend wird. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend: c) Ansteuern des zweiten Schaltelementes (15, 25, 45) derart, dass die Spannung des elektrischen Energiespeichersystems (10, 20) innerhalb eines vordefinierten Spannungskorridors gehalten wird. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 oder 11 ausführt. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037096A (ja) * 1999-07-23 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池保護回路
JP2009123560A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Panasonic Corp 電池パック、及び充電システム
US20120133329A1 (en) * 2009-08-05 2012-05-31 Hiroaki Yoshida Battery system
DE112012003131T5 (de) * 2011-07-27 2014-04-10 Mitsubishi Electric Corporation Ladesteuerungsvorrichtung und Ladesteuerungsverfahren für eine Sekundärbatterie
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
CN107512180A (zh) * 2016-06-15 2017-12-26 北京科易动力科技有限公司 一种动力电池系统以及用于该系统的控制方法
DE102017215083A1 (de) 2017-08-29 2019-02-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriegehäuse und Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020149261A1 (en) 2001-04-12 2002-10-17 Siemens Vdo Automotive Corporation Method and system for protecting electronics mounted on a vehicle
JP5347438B2 (ja) 2008-11-07 2013-11-20 トヨタ自動車株式会社 電池保護装置
DE102014209267A1 (de) 2014-05-15 2015-11-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Heizeinrichtung und Verfahren zum Abbau einer Überspannung in einem Bordnetz eines Fortbewegungsmittels
CN108705943B (zh) 2018-05-22 2020-05-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池组加热装置与控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037096A (ja) * 1999-07-23 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池保護回路
JP2009123560A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Panasonic Corp 電池パック、及び充電システム
US20120133329A1 (en) * 2009-08-05 2012-05-31 Hiroaki Yoshida Battery system
DE112012003131T5 (de) * 2011-07-27 2014-04-10 Mitsubishi Electric Corporation Ladesteuerungsvorrichtung und Ladesteuerungsverfahren für eine Sekundärbatterie
DE102014105764A1 (de) 2014-04-24 2015-10-29 Jungheinrich Aktiengesellschaft Batterie mit mindestens einem Widerstand
CN107512180A (zh) * 2016-06-15 2017-12-26 北京科易动力科技有限公司 一种动力电池系统以及用于该系统的控制方法
DE102017215083A1 (de) 2017-08-29 2019-02-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriegehäuse und Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses

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