WO2013092064A2 - Batteriesystem und verfahren - Google Patents

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a battery system, in particular for a motor vehicle, and a method.
  • a battery system in particular for a motor vehicle, and a method.
  • One possibility is to use an internal combustion engine, e.g. in hybrid vehicles, supplemented by an electric motor. Furthermore, in electric vehicles of
  • Such energy storage such as a high-voltage battery, provides the electrical energy that is necessary to drive the electric motor and stores energy, which is obtained by the electric motor in the generator mode, for example, when the vehicle brakes.
  • High-voltage batteries usually consist of individual electrochemical energy storage cells, which can be electrically connected in series or in parallel.
  • Such an energy store for hybrid or electric vehicles is shown for example in DE 102010028191 (A1). Disclosure of the invention
  • the present invention discloses a battery system having the features of
  • Patent claim 1 and a method having the features of claim 7.
  • a battery system in particular for a motor vehicle, having two live lines, wherein the first line has a positive potential and the second line has a negative potential with at least two battery modules, each having a battery with a positive terminal and a negative terminal, wherein each battery module has a controllable first switching device, which is adapted to the positive terminal of the battery of the respective
  • Couple battery module in a closed state with the first line and / or in an open state of this and the negative
  • connection of the battery of the respective battery module with the second line to couple in an open state and / or to separate in a closed state thereof, and with a control device which is adapted to the first
  • a method for operating a battery system in particular in one
  • the finding underlying the present invention is that the use of a single high-voltage battery in a motor vehicle the
  • the idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a battery system for motor vehicles, which consists of at least two battery modules.
  • the battery modules can be spatially separated but electrically coupled together in the motor vehicle. This makes it possible to flexibly adapt such a battery system for a motor vehicle with an electric drive to the respective application.
  • the geometric design of the individual battery modules can be adapted such that the respective battery module can be installed in unused cavities of the motor vehicle. This allows e.g. despite the use of an electric drive in a motor vehicle, a large-volume trunk
  • a battery system according to the invention also makes it possible to standardize battery modules and to carry out a scaling of the energy content of the battery system over the number of modules used. For example, one could
  • Utility vehicle battery are constructed from battery modules, which are similar to those in a passenger vehicle. Only the number of battery modules would be larger for a commercial vehicle.
  • Test systems can be used.
  • control device has a communication interface for communication with other vehicle control devices and is the
  • Control device designed to provide information via the communication interface to obtain the requested on the battery system electrical power, wherein the control device is adapted to the first switching device of that
  • the first switching device is closed to open and to close the first switching device of another battery module, when the on the
  • Battery system requested electrical power is below a predetermined threshold. If a threshold value is specified, which specifies when a battery module can be disconnected from the live lines and another battery module can be coupled to the live lines, it becomes possible to switch between two battery modules without this being noticeable to the occupants of the vehicle. In one embodiment, the threshold specifies that no electrical power may be requested from the battery system when switching between two battery modules.
  • control device is configured to switch between two battery modules only if the state of charge of the battery module connected to the live lines is below a level
  • control device is designed to control the first switching device of the battery modules during charging of the battery modules in such a way that only the battery of exactly one battery module is coupled to the live lines, and is also designed to detect the state of charge of the batteries of the battery modules and to open the first switching device of the battery module whose first switching device is closed, when the state of charge of the corresponding battery module indicates that the battery is fully charged or has reached a certain target value and then close the first switching device of a further battery module, indicating its charge state in that the battery of the further battery module is not completely charged or is still below the defined target value.
  • the full power of the battery system can already be called up after charging a single battery module. Furthermore, the entire battery system can be charged with a single conventional charger.
  • each battery module has a monitoring device, which is designed to switch the respective battery module to the occurrence of electrical and / or to monitor thermal and / or mechanical failure and to open the first switching device of the respective battery module when an electrical fault occurs. If each battery module has its own monitoring unit, electrical faults can be detected individually in each battery module and it becomes possible to deactivate a single faulty battery module, whereby the battery modules operating without errors can still be used. This increases the availability of the battery system.
  • each battery module has two charging ports coupled to a second switching device, wherein the charging ports are configured to couple the respective battery module to a charger and the second switching device is configured to connect the positive terminal of the battery to the first charging port or to disconnect and disconnect the negative terminal of the battery with the second charging port or to separate from this.
  • the battery modules are in the form of separate first
  • Battery units are designed to be installed separately in the target application and to be electrically coupled via the live lines. Additionally or alternatively, at least one second battery unit is provided, which has at least two battery modules, and is designed to couple the battery modules mechanically and / or thermally and / or electrically. This allows that
  • Battery system to adapt flexibly to different applications.
  • individual battery modules can be installed in a vehicle where only a limited space is available and where a larger space is available, e.g. In the trunk of a motor vehicle, larger second battery units can be installed, which e.g. have a common cooling.
  • a battery module does not have a battery, but has another energy storage or energy converter, such as a battery. a fuel cell or the like.
  • Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of an inventive
  • Fig. 2 is a flowchart of an embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of a battery module which can be used in a battery system 1 according to the invention.
  • Fig. 1 shows a block diagram of an embodiment of an inventive
  • the battery system 1 in FIG. 1 has two live lines 2, 3.
  • the first line 2 has a positive potential and the second line 3 to a negative potential.
  • the battery system 1 has two battery modules 4, which each have a battery 5 with a positive terminal 6 and a negative terminal 7.
  • Each of the two battery modules 4 also has a controllable first switching device 8, which is designed to couple the positive terminal 6 of the battery 5 of the respective battery module 4 in a closed state with the first line 2 and / or in an open state thereof to disconnect and to couple the negative terminal 7 of the battery 5 of the respective battery module 4 with the second line 3 in an open state and / or to separate in a closed state thereof.
  • Further possible battery modules are indicated by three points between the battery modules 4.
  • the battery system 1 has a control device 9, which is designed to control the first switching devices 8 of the battery modules 4 such that in each case only the battery 5 of exactly one battery module 4 is coupled to the live lines 2, 3.
  • the battery 5 of the battery system 1 in FIG. 1 has at least one so-called battery winding or a so-called battery cell.
  • the battery 5 has a number of battery coils or battery cells such that the battery 5 can store a predetermined amount of electrical energy.
  • controllable switching device 8 has switches which are designed as contactors. In further embodiments, the controllable switching device 8 switches, which are designed as a relay and / or semiconductor relay.
  • the control device 9 of the battery system 1 is formed in FIG. 1 as a vehicle control device, which is arranged externally to the housings of the battery modules 4.
  • the control device 9 is e.g. coupled via a harness of a vehicle with the individual battery modules 4.
  • the control device 9 is arranged in one of the battery modules 4 and is coupled to the further battery modules 4 via electrical lines.
  • the control device 9 can additionally perform the tasks of a monitoring device 10, that battery module 4 in which the control device 9 is accommodated.
  • control device 9 can also be designed as a computer program module which is used as a component, e.g. an Autosar-compatible operating system, is operated on a vehicle control unit already present in the vehicle.
  • a computer program module which is used as a component, e.g. an Autosar-compatible operating system, is operated on a vehicle control unit already present in the vehicle.
  • Control device 9 as an application-specific circuit (ASIC) or the like.
  • ASIC application-specific circuit
  • FIG. 2 shows a flow chart of an embodiment of a method according to the invention.
  • a battery system 1 according to the invention is provided in a first step S1.
  • a second step S1 In a second step
  • the method provides that only a single battery module 4 is always coupled to the live lines 2, 3. This prevents equalizing currents flow between battery modules 4 with different state of charge. For this purpose, switching between battery modules 4 only when no load is requested from the battery system 1, as an interruption of the power output of the battery system 1 for the occupants of the vehicle would be felt.
  • controllable switching devices 8 of the battery modules 4 are designed such that they can also switch under the load of the compensation current without the controllable switching devices 8 being damaged in the process.
  • FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of a battery module which can be used in a battery system 1 according to the invention.
  • the battery module 4 in FIG. 3 has a battery 5, which has a positive terminal 6 and a negative terminal 7.
  • the terminals 6, 7 of the battery 5 are coupled to a first switching device 8 of the battery module 4. Furthermore, the
  • Connections 6, 7 of the battery 5 coupled to a second switching device 1 1, which is adapted to the respective battery module 4 via a positive charging port 12 and a negative charging port 13 with a charger (not shown) to couple.
  • the battery module 4 finally has a monitoring device 10, which is designed to monitor the battery 5 of the battery module 4.
  • a monitoring device 10 which is designed to monitor the battery 5 of the battery module 4.
  • the monitoring of the battery 5 the monitoring of the voltage of the battery 5 and / or the electric current flowing in or out of the battery 5, and / or the temperature of the battery 5 and / or monitoring the housing of the battery 5 or
  • the monitoring device 10 has a program-controlled device, for example a microprocessor, in order to carry out the monitoring of the battery 5 and of the battery module 4.
  • the monitoring device 10 includes sensors for detecting electrical, thermal, and / or mechanical quantities to be monitored.
  • the monitoring device 10 includes an application specific circuit and / or a programmable logic device or the like.
  • the monitoring device 10 has a communication interface, e.g. a CAN bus interface or a FlexRay interface, in order, in the event of an error, the occurrence of the error e.g. to communicate to the controller 9.
  • controller 9 is over
  • Communication interface of the monitoring device 10 is indirectly coupled to the first switching device 8 of the battery module 4 to control the first switching device 8.
  • a battery system 1 has a charging connection, which is designed to couple the battery system 1 to a charger such that in each case only a single battery module 4 is charged.
  • the battery modules 4 of a battery system 1 are successively coupled to the charging connection by the control device 9 of the respective battery system 1.
  • the battery system 1 has a charging connection, which is designed such that a plurality of battery modules 4 can be charged in parallel.
  • the present invention can be used as energy storage for buildings, e.g. in combination with a solar system.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwei spannungsführenden Leitungen, wobei die erste Leitung ein positives Potential aufweist und die zweite Leitung ein dazu negatives Potential aufweist, mit mindestens zwei Batteriemodulen, welche jeweils eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss aufweisen, wobei jedes Batteriemodul eine steuerbare erste Schalteinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss der Batterie des jeweiligen Batteriemoduls in einem geschlossenen Zustand mit der ersten Leitung zu koppeln und/oder in einem geöffneten Zustand von dieser zu trennen und den negativen Anschluss der Batterie des jeweiligen Batteriemoduls mit der zweiten Leitung in einem geöffneten Zustand zu koppeln und/oder in einem geschlossenen Zustand von dieser zu trennen, und mit einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinrichtungen der Batteriemodule derart zu steuern, dass lediglich die Batterie genau eines Batteriemoduls mit den spannungsführenden Leitungen gekoppelt ist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren.

Description

Titel
BATTERIESYSTEM UND VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und ein Verfahren. Stand der Technik
Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann, in welchen elektrische Energie gespeichert wird, wird er im Folgenden in Verbindung mit Hybrid- und/oder Elektrofahrzeugen beschrieben.
In der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch des Schadstoffausstoßes eines der wichtigsten Kriterien für den
Entwicklungsingenieur. Neben der Reduzierung des Gewichts eines Kraftfahrzeugs werden in modernen Kraftfahrzeugen unterschiedliche Antriebsarten kombiniert, um den Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs weiter zu reduzieren.
Eine Möglichkeit besteht darin, einen Verbrennungsmotor, z.B. in Hybridfahrzeugen, durch einen Elektromotor zu ergänzen. Ferner wird in Elektrofahrzeugen der
Verbrennungsmotor nicht nur durch einen Elektromotor unterstützt sondern durch den Elektromotor ersetzt.
Um in einem Kraftfahrzeug einen Elektromotor betreiben zu können, ist ein
Energiespeicher notwendig. Ein solcher Energiespeicher, z.B. eine Hochvoltbatterie, liefert die elektrische Energie, welche notwendig ist um den Elektromotor anzutreiben und speichert Energie, welche durch den Elektromotor im Generatorbetrieb, z.B. wenn das Kraftfahrzeug bremst, gewonnen wird. Hochvoltbatterien bestehen üblicherweise aus einzelnen elektrochemischen Energiespeicherzellen, welche elektrisch in Reihe oder parallel verschaltet werden können. Ein solcher Energiespeicher für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge ist beispielsweise in der DE 102010028191 (A1 ) gezeigt. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Batteriesystem mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwei spannungsführenden Leitungen, wobei die erste Leitung ein positives Potential aufweist und die zweite Leitung ein dazu negatives Potential aufweist, mit mindestens zwei Batteriemodulen, welche jeweils eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss aufweisen, wobei jedes Batteriemodul eine steuerbare erste Schalteinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss der Batterie des jeweiligen
Batteriemoduls in einem geschlossenen Zustand mit der ersten Leitung zu koppeln und/oder in einem geöffneten Zustand von dieser zu trennen und den negativen
Anschluss der Batterie des jeweiligen Batteriemoduls mit der zweiten Leitung in einem geöffneten Zustand zu koppeln und/oder in einem geschlossenen Zustand von dieser zu trennen, und mit einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die erste
Schalteinrichtungen der Batteriemodule derart zu steuern, dass lediglich die Batterie genau eines Batteriemoduls mit den spannungsführenden Leitungen gekoppelt ist.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, insbesondere in einem
Kraftfahrzeug, mit den Schritten Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Batteriesystems, Koppeln genau eines ersten Batteriemoduls des Batteriesystems mit
spannungsführenden Leitungen des Batteriesystems, Trennen des ersten Batteriemoduls des Batteriesystems von den spannungsführenden Leitungen, wenn ein Ladezustand der ersten Batteriemoduls unter einen vorgegebenen ersten Schwellwert fällt, und
anschließend Koppeln eines zweiten Batteriemoduls des Batteriesystems mit den spannungsführenden Leitungen des Batteriesystems.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass der Einsatz einer einzelnen Hochvoltbatterie in einem Kraftfahrzeug die
Gestaltungsmöglichkeiten bei der Entwicklung des Fahrzeugs stark einschränkt. Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein Batteriesystem für Kraftfahrzeuge vorzusehen, welches aus mindestens zwei Batteriemodulen besteht. Die Batteriemodule können dabei räumlich getrennt aber elektrisch miteinander gekoppelt in dem Kraftfahrzeug verbaut werden. Dadurch wird es möglich, ein solches Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sehr flexibel an die jeweilige Anwendung anzupassen.
Beispielsweise kann die geometrische Gestaltung der einzelnen Batteriemodule derart angepasst werden, dass das jeweilige Batteriemodul in ungenutzten Hohlräumen des Kraftfahrzeugs verbaut werden kann. Dies ermöglicht es z.B. trotz des Einsatzes eines elektrischen Antriebs in einem Kraftfahrzeug einen großvolumigen Kofferraum
vorzusehen, welcher nicht durch eine Hochvoltbatterie verkleinert wird.
Durch ein erfindungsgemäßes Batteriesystem wird es ferner möglich, sehr hohe
Energiegehalte bei begrenzten Leistungsanforderungen bereitzustellen, auch wenn die einzelnen Batteriemodule einen geringeren Energiegehalt aufweisen.
Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem ermöglicht es ferner Batteriemodule zu standardisieren und eine Skalierung des Energiegehalts des Batteriesystems über die Anzahl der eingesetzten Module durchzuführen. Beispielsweise könnte eine
Nutzkraftfahrzeug-Batterie aus Batteriemodulen aufgebaut werden, welche denen in einem Personenkraftfahrzeug gleichen. Lediglich die Anzahl der Batteriemodule wäre für ein Nutzkraftfahrzeug größer.
Schließlich verringert der Einsatz eines erfindungsgemäßen Batteriesystems durch die Verwendung standardisierter Batteriemodule den Entwicklungsaufwand für ein
Batteriesystem deutlich. Beispielsweise wird ein sehr einfaches Testen der
Batteriemodule möglich, da diese einen gegenüber dem gesamten Batteriesystem sehr geringen Energiegehalt aufweisen und daher günstige und bereits verfügbare
Testsysteme eingesetzt werden können.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinrichtung eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit weiteren Fahrzeugsteuereinrichtungen auf und ist die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet, über die Kommunikationsschnittstelle Informationen über die an dem Batteriesystem angeforderte elektrische Leistung zu erhalten, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinrichtung desjenigen
Batteriemoduls, dessen erste Schalteinrichtung geschlossen ist, zu öffnen und die erste Schalteinrichtung eines weiteren Batteriemoduls zu schließen, wenn die an dem
Batteriesystem angeforderte elektrische Leistung unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Wird ein Schwellwert vorgegeben, der vorgibt, wann ein Batteriemodul von den spannungsführenden Leitungen getrennt und ein anderes Batteriemodul an die spannungsführenden Leitungen gekoppelt werden kann, wird es möglich, zwischen zwei Batteriemodulen zu wechseln, ohne dass dies für die Insassen des Fahrzeug bemerkbar wäre. In einer Ausführungsform gibt der Schwellwert vor, dass keine elektrische Leistung von dem Batteriesystem angefordert werden darf, wenn zwischen zwei Batteriemodulen umgeschaltet werden soll.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, lediglich dann zwischen zwei Batteriemodulen umzuschalten, wenn der Ladezustand des mit den spannungsführenden Leitungen verbundenen Batteriemoduls unter einen
Ladeschwellwert fällt.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, beim Laden der Batteriemodule die erste Schalteinrichtung der Batteriemodule derart zu steuern, dass lediglich die Batterie genau eines Batteriemoduls mit den spannungsführenden Leitungen gekoppelt ist, und ist ferner dazu ausgebildet, den Ladezustand der Batterien der Batteriemodule zu erfassen und die erste Schalteinrichtung desjenigen Batteriemoduls, dessen erste Schalteinrichtung geschlossen ist, zu öffnen, wenn der Ladezustand des entsprechenden Batteriemoduls anzeigt, dass die Batterie vollständig geladen ist oder einen bestimmten Zielwert erreicht hat und daraufhin die erste Schalteinrichtung eines weiteren Batteriemoduls zu schließen, dessen Ladezustand anzeigt, dass die Batterie des weiteren Batteriemoduls nicht vollständig geladen ist bzw. noch unter dem definierten Zielwert liegt.
Werden die einzelnen Batteriemodule der Reihe nach geladen, kann bereits nach dem Laden eines einzigen Batteriemoduls die volle Leistung am Batteriesystem abgerufen werden. Ferner kann mit einem einzigen üblichen Ladegerät das gesamte Batteriesystem geladen werden.
In einer Ausführungsform weist jedes Batteriemodul eine Uberwachungseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, das jeweilige Batteriemodul auf das Auftreten elektrischer und/oder thermischer und/oder mechanischer Fehler zu überwachen und die erste Schalteinrichtung des jeweiligen Batteriemoduls bei Auftreten eines elektrischen Fehlers zu öffnen. Weist jedes Batteriemodul eine eigene Überwachungseinheit auf, können elektrische Fehler individuell in jedem Batteriemodul erkannt werden und es wird möglich, ein einzelnes fehlerhaftes Batteriemodul zu deaktivieren, wobei die fehlerfrei arbeitenden Batteriemodule weiterhin genutzt werden können. Dadurch wird die Verfügbarkeit des Batteriesystems erhöht.
In einer Ausführungsform weist jedes Batteriemodul zwei Ladeanschlüsse auf, welche mit einer zweiten Schalteinrichtung gekoppelt sind, wobei die Ladeanschlüsse dazu ausgebildet sind, das jeweilige Batteriemodul mit einem Ladegerät zu koppeln und die zweite Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss der Batterie mit dem ersten Ladeanschluss zu koppeln oder von diesem zu trennen und den negativen Anschluss der Batterie mit dem zweiten Ladeanschluss zu koppeln oder von diesem zu trennen. Dadurch wird es möglich, mehrere Batteriemodule parallel zu laden und somit in sehr kurzer Zeit den maximalen Energiegehalt des Batteriesystems bereitzustellen.
In einer Ausführungsform sind die Batteriemodule in Form separater erster
Batterieeinheiten dazu ausgebildet, in der Zielanwendung separat verbaut zu werden und elektrisch über die spannungsführenden Leitungen gekoppelt zu werden. Zusätzlich oder alternativ ist mindestens eine zweite Batterieeinheit vorgesehen, welche mindestens zwei Batteriemodule aufweist, und dazu ausgebildet ist, die Batteriemodule mechanisch und/oder thermisch und/oder elektrisch zu koppeln. Dies ermöglicht es, das
Batteriesystem flexibel an unterschiedliche Anwendungen anzupassen. Beispielsweise können einzelne Batteriemodule dort in einem Fahrzeug verbaut werden, wo lediglich ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht und dort, wo ein größerer Bauraum verfügbar ist, z.B. im Kofferraum eines Kraftfahrzeugs, können größere zweite Batterieeinheiten verbaut werden, welche z.B. über eine gemeinsame Kühlung verfügen. In einer weiteren Ausführungsform weist ein Batteriemodul keine Batterie auf, sondern weist einen anderen Energiespeicher oder Energiewandler, wie z.B. eine Brennstoffzelle oder dergleichen auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Batteriesystems 1 ;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Batteriemoduls, welches in einem erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 eingesetzt werden kann.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Batteriesystems 1.
Das Batteriesystem 1 in Fig. 1 weist zwei spannungsführende Leitungen 2, 3 auf. Dabei weist die erste Leitung 2 eine positives Potential und die zweite Leitung 3 ein dazu negatives Potential auf. Ferner weist das Batteriesystem 1 zwei Batteriemodule 4 auf, welche jeweils eine Batterie 5 mit einem positiven Anschluss 6 und einem negativen Anschluss 7 aufweisen. Jedes der zwei Batteriemodule 4 weist ferner eine steuerbare erste Schalteinrichtung 8 auf, welche dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss 6 der Batterie 5 des jeweiligen Batteriemoduls 4 in einem geschlossenen Zustand mit der ersten Leitung 2 zu koppeln und/oder in einem geöffneten Zustand von dieser zu trennen und den negativen Anschluss 7 der Batterie 5 des jeweiligen Batteriemoduls 4 mit der zweiten Leitung 3 in einem geöffneten Zustand zu koppeln und/oder in einem geschlossenen Zustand von dieser zu trennen. Weitere mögliche Batteriemodule sind durch drei Punkte zwischen den Batteriemodulen 4 angedeutet. Schließlich weist das Batteriesystem 1 eine Steuereinrichtung 9 auf, welche dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinrichtungen 8 der Batteriemodule 4 derart zu steuern, dass jeweils lediglich die Batterie 5 genau eines Batteriemoduls 4 mit den spannungsführenden Leitungen 2, 3 gekoppelt ist. Die Batterie 5 des Batteriesystems 1 in Fig. 1 weist mindestens einen sog. Batteriewickel oder eine sog. Batteriezelle auf. In einer Ausführungsform weist die Batterie 5 eine derartige Anzahl an Batteriewickeln oder Batteriezellen auf, dass die Batterie 5 eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie speichern kann.
Die steuerbare Schalteinrichtung 8 weist in einer Ausführungsform Schalter auf, welche als Schütze ausgebildet sind. In weiteren Ausführungsformen weist die steuerbare Schalteinrichtung 8 Schalter auf, welche als Relais und/oder Halbleiter-Relais ausgebildet sind.
Die Steuereinrichtung 9 des Batteriesystems 1 ist in Fig. 1 als Fahrzeugsteuergerät ausgebildet, welches extern zu den Gehäusen der Batteriemodule 4 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 9 ist z.B. über einen Kabelbaum eines Fahrzeugs mit den einzelnen Batteriemodulen 4 gekoppelt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 9 in einem der Batteriemodule 4 angeordnet und ist mit den weiteren Batteriemodulen 4 über elektrische Leitungen gekoppelt. In solch einem Fall kann die Steuereinrichtung 9 zusätzlich die Aufgaben einer Überwachungseinrichtung 10, desjenigen Batteriemoduls 4 durchführen, in welchem die Steuereinrichtung 9 untergebracht ist.
Die Steuereinrichtung 9 kann anstatt als Fahrzeugsteuergerät ausgebildet zu sein auch als Computerprogramm-Modul ausgebildet sein, welches als Komponente z.B. eines Autosar-kompatiblen Betriebssystems, auf einem bereits in dem Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugsteuergerät betrieben wird. In weiteren Ausführungsformen ist die
Steuereinrichtung 9 als anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) oder dergleichen ausgebildet.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems 1 wird in einem ersten Schritt S1 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt
S2 wird genau eines der ersten Batteriemodule 4 des Batteriesystems 1 mit den spannungsführenden Leitungen 2, 3 des Batteriesystems 1 gekoppelt. In einem dritten Schritt S3 wird das erste Batteriemodul 4 des Batteriesystems 1 von den
spannungsführenden Leitungen 2, 3 getrennt, wenn ein Ladezustand des ersten Batteriemoduls 4 unter einen vorgegebenen ersten Schwellwert fällt und anschließend in einem vierten Schritt S4 ein zweites Batteriemodul 4 des Batteriesystems 1 mit den spannungsführenden Leitungen 2, 3 des Batteriesystems 1 gekoppelt. Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, dass immer nur ein einzelnes Batteriemodul 4 mit den spannungsführenden Leitungen 2, 3 gekoppelt ist. Dadurch wird verhindert, dass zwischen Batteriemodulen 4 mit unterschiedlichem Ladezustand Ausgleichsströme fließen. Dazu wird nur zwischen Batteriemodulen 4 umgeschaltet, wenn keine Last von dem Batteriesystem 1 angefordert wird, da eine Unterbrechung der Leistungsabgabe des Batteriesystems 1 für die Insassen des Fahrzeugs spürbar wäre.
In einer Ausführungsform kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Umschalten zwischen zwei Batteriemodulen 4 unter Last stattfinden kann. In solch einem Fall sind die steuerbaren Schalteinrichtungen 8 der Batteriemodule 4 derart ausgebildet, dass diese auch unter der Last des Ausgleichsstroms schalten können, ohne dass die steuerbaren Schalteinrichtungen 8 dabei Schaden nehmen würden.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Batteriemoduls, welches in einem erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 eingesetzt werden kann.
Das Batteriemodul 4 in Fig. 3 weist eine Batterie 5 auf, welche einen positiven Anschluss 6 und einen negativen Anschluss 7 aufweist. Die Anschlüsse 6, 7 der Batterie 5 sind mit einer ersten Schalteinrichtung 8 des Batteriemoduls 4 gekoppelt. Ferner sind die
Anschlüsse 6, 7 der Batterie 5 mit einer zweiten Schalteinrichtung 1 1 gekoppelt, welche dazu ausgebildet ist, das jeweilige Batteriemodul 4 über einen positiven Ladeanschluss 12 und einen negativen Ladeanschluss 13 mit einem Ladegerät (nicht dargestellt) zu koppeln.
Das Batteriemodul 4 weist schließlich eine Überwachungseinrichtung 10 auf, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie 5 des Batteriemoduls 4 zu überwachen. Dabei weist das Überwachen der Batterie 5 das Überwachen der Spannung der Batterie 5 und/oder des elektrischen Stroms, welcher in oder aus der Batterie 5 fliest, und/oder der Temperatur der Batterie 5 und/oder das Überwachen des Gehäuses der Batterie 5 oder des
Batteriemoduls 4 auf mechanische Fehler hin und/oder das Überwachen der Batterie 5 und des Batteriemoduls 4 auf elektrische Fehler oder dergleichen auf. Die Überwachungseinrichtung 10 weist eine programmgesteuerte Einrichtung, z.B. einen Mikroprozessor auf, um die Überwachung der Batterie 5 und des Batteriemoduls 4 durchzuführen. In einigen Ausführungsformen weist die Überwachungseinrichtung 10 Sensoren zur Erfassung elektrischer, thermischer und/oder mechanischer Größen auf, welche überwacht werden sollen.
In noch weiteren Ausführungsformen weist die Überwachungsvorrichtung 10 einen anwendungsspezifischen Schaltkreis und/oder einen programmierbaren Logikbaustein oder dergleichen auf. In noch einer Ausführungsform weist die Überwachungsvorrichtung 10 eine Kommunikationsschnittstelle, z.B. eine CAN-Bus-Schnittstelle oder eine FlexRay- Schnittstelle, auf, um im Falle eines Fehlers, das Auftreten des Fehlers z.B. an die Steuereinrichtung 9 zu kommunizieren.
In noch weiteren Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 9 über die
Kommunikationsschnittstelle der Überwachungseinrichtung 10 indirekt mit der ersten Schalteinrichtung 8 des Batteriemoduls 4 gekoppelt, um die erste Schalteinrichtung 8 zu steuern.
In noch weiteren Ausführungsformen weist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 einen Ladeanschluss auf, welcher dazu ausgebildet ist, das Batteriesystem 1 mit einem Ladegerät derart zu koppeln, dass jeweils nur ein einzelnes Batteriemodul 4 geladen wird. Um alle Batteriemodule 4 zu laden, werden die Batteriemodule 4 eines Batteriesystems 1 von der Steuereinrichtung 9 des jeweiligen Batteriesystems 1 nacheinander mit dem Ladeanschluss gekoppelt. In noch einer Ausführungsform weist das Batteriesystem 1 einen Ladeanschluss auf, welcher derart ausgebildet ist, dass mehrere Batteriemodule 4 parallel geladen werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung als Energiespeicher für Gebäude, z.B. in Kombination mit einer Solaranlage, eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche 1 . Batteriesystem (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zwei spannungsführenden Leitungen (2, 3), wobei die erste Leitung (2) eine positives Potential aufweist und die zweite Leitung (3) ein dazu negatives Potential aufweist; mit mindestens zwei Batteriemodulen (4), welche jeweils eine Batterie (5) mit einem positiven Anschluss (6) und einem negativen Anschluss (7) aufweisen, wobei jedes Batteriemodul eine steuerbare erste Schalteinrichtung (8) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss (6) der Batterie (5) des jeweiligen Batteriemoduls (4) in einem geschlossenen Zustand mit der ersten Leitung (2) zu koppeln und/oder in einem geöffneten Zustand von dieser zu trennen und den negativen Anschluss (7) der Batterie (5) des jeweiligen Batteriemoduls (4) mit der zweiten Leitung (3) in einem geöffneten Zustand zu koppeln und/oder in einem geschlossenen Zustand von dieser zu trennen; mit einer Steuereinrichtung (9), welche dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinrichtungen (8) der Batteriemodule (4) derart zu steuern, dass lediglich die Batterie (5) genau eines Batteriemoduls (4) mit den spannungsführenden Leitungen (2, 3) gekoppelt ist.
2. Batteriesystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (9) eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit weiteren Fahrzeugsteuereinrichtungen aufweist und wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, über die Kommunikationsschnittstelle Informationen über die an dem Batteriesystem (1 ) angeforderte elektrische Leistung zu erhalten, wobei die
Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinrichtung (8) desjenigen
Batteriemoduls (4), dessen erste Schalteinrichtung (8) geschlossen ist, zu öffnen und die erste Schalteinrichtung (8) eines weiteren Batteriemoduls (4) zu schließen, wenn die an dem Batteriesystem (1 ) angeforderte elektrische Leistung unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
3. Batteriesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, beim Laden der Batteriemodule (4) die erste Schalteinrichtungen (8) der Batteriemodule (4) derart zu steuern, dass lediglich die Batterie (5) genau eines Batteriemoduls (4) mit den spannungsführenden Leitungen (2, 3) gekoppelt ist, und ferner dazu ausgebildet ist, den Ladezustand der Batterien (5) der Batteriemodule (4) zu erfassen und die erste Schalteinrichtung (8) desjenigen
Batteriemoduls (4), dessen erste Schalteinrichtung (8) geschlossen ist, zu öffnen, wenn der Ladezustand des entsprechenden Batteriemoduls (4) anzeigt, dass die Batterie (5) vollständig geladen ist oder einen bestimmten Zielwert erreicht hat und daraufhin die erste Schalteinrichtung (8) eines weiteren Batteriemoduls (4) zu schließen, dessen
Ladezustand anzeigt, dass die Batterie (5) des weiteren Batteriemoduls (4) nicht vollständig geladen ist bzw. noch unter dem definierten Zielwert liegt.
4. Batteriesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes Batteriemodul eine Überwachungseinrichtung (10) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das jeweilige Batteriemodul (4) auf das Auftreten elektrischer und/oder thermischer und/oder mechanischer Fehler zu überwachen und die erste
Schalteinrichtung (8) des jeweiligen Batteriemoduls (4) bei Auftreten eines elektrischen Fehlers zu öffnen.
5. Batteriesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes Batteriemodul zwei Ladeanschlüsse (12, 13) aufweist, welche mit einer zweiten Schalteinrichtung (1 1 ) gekoppelt sind, wobei die Ladeanschlüsse (12, 13) dazu ausgebildet sind, das jeweilige Batteriemodul (4) mit einem Ladegerät zu koppeln und die zweite Schalteinrichtung (1 1 ) dazu ausgebildet ist, den positiven Anschluss (6) der Batterie (5) mit dem ersten Ladeanschluss (12) zu koppeln oder von diesem zu trennen und den negativen Anschluss (7) der Batterie (5) mit dem ersten Ladeanschluss (13) zu koppeln oder von diesem zu trennen.
6. Batteriesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Batteriemodule (4) in Form separater erster Batterieeinheiten dazu ausgebildet sind, in der Zielanwendung separat verbaut zu werden und elektrisch über die
spannungsführenden Leitungen (2, 3) gekoppelt zu werden; und/oder wobei mindestens eine zweite Batterieeinheit vorgesehen ist, welche mindestens zwei Batteriemodule (4) aufweist, und dazu ausgebildet ist, die Batteriemodule (4) mechanisch und/oder thermisch und/oder elektrisch zu koppeln.
7. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (1 ), insbesondere in einem
Kraftfahrzeug, mit den Schritten:
Bereitstellen (S1 ) eines Batteriesystems (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6;
Koppeln (S2) genau eines ersten Batteriemoduls (4) des Batteriesystems (1 ) mit spannungsführenden Leitungen (2, 3) des Batteriesystems (1 );
Trennen (S3) des ersten Batteriemoduls (4) des Batteriesystems (1 ) von den
spannungsführenden Leitungen (2, 3), wenn ein Ladezustand der ersten Batteriemoduls (4) unter einen vorgegebenen ersten Schwellwert fällt; und anschließend Koppeln (S4) eines zweiten Batteriemoduls (4) des Batteriesystems (1 ) mit den spannungsführenden Leitungen (2, 3) des Batteriesystems (1 ).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zum Trennen (S3) des ersten Batteriemoduls (4) die an dem Batteriesystem (1 ) angeforderte elektrische Leistung erfasst wird, und das Trennen (S3) des Batteriemoduls (4) erfolgt, wenn die angeforderte elektrische Leistung unter einem zweiten Schwellwert liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei der Schritt des Ladens der Batteriemodule (4) vorgesehen ist und beim Laden der Batteriemodule (4) lediglich ein Batteriemodul (4) mit den spannungsführenden Leitungen (2, 3) gekoppelt wird, und ferner der Ladezustand des Batteriemoduls (4) erfasst wird, welches geladen wird und das Batteriemodul (4), welches geladen wird, von den
Spannungsführenden Leitungen getrennt wird, wenn der Ladezustand des
entsprechenden Batteriemoduls (4) anzeigt, dass die Batterie (5) des Batteriemoduls (4) vollständig geladen ist oder einen bestimmten Zielwert erreicht hat und daraufhin ein weiteres Batteriemodul (4) mit den spannungsführenden Leitungen (2, 3) gekoppelt wird, dessen Ladezustand anzeigt, dass die Batterie (5) des weiteren Batteriemoduls (4) nicht vollständig geladen ist bzw. noch unter dem definierten Zielwert liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei beim Laden der Batteriemodule (4) mindestens zwei Batteriemodule (4) mit jeweils einem Ladegerät gekoppelt werden.
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