Batte emanaqementsvstem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie und Batteriesvstem mit einem solchen Batteriemanaqementsvstem

Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie, welche eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten, jeweils wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem wenigstens eine Steuergeräteeinheit und wenigstens eine Zellüberwachungseinheit umfasst, und wobei die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters von wenigstens einer Batteriezelle zu empfangen, die empfangenen Daten zu erfassen und die erfassten Daten an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit zu übertragen.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriemodulen (3), welche jeweils wenigstens eine Batteriezelle (2) umfassen, und mit einem Batteriemanagementsystem.

Stand der Technik Solche Batteriesysteme werden insbesondere in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- und Elektrofahrzeugen zur Bereitstellung der für den Betrieb erforderlichen elektrischen Energie eingesetzt. Als Batteriezellen kommen dabei insbesondere nachladbare Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz. Dabei sind Batteriesysteme bekannt, bei denen die Batteriezellen in Reihe zu einer Batterie verschaltet sind. Darüber hinaus sind Batteriesysteme bekannt, die eine Mehrzahl von Batteriemodulen umfassen, wobei ein Batteriemodul jeweils mehrere in Reihe und/oder parallel verschaltete Batteriezellen aufweist. Insbesondere sind auch solche Batteriesysteme bekannt, bei denen mehrere Batteriemodule über sogenannte Koppeleinheiten in Reihe und/oder parallel zu einem Batteriestrang verschaltet sind, wobei mittels der Koppeleinheiten einzelne Batteriemodule dem Batteriestrang zugeschaltet werden können und/oder einzelne Batteriemodule überbrückt und somit von dem Batteriestrang abgeschaltet werden können. Solche Zusammenschaltungen von zuschaltbaren beziehungsweise abschaltbaren Batteriemodulen sind unter den Begriffen Batterie Direkt Konverter (BDC, BDC: Battery Direct Converter) sowie Batterie Direkt Inverter (BDI, BDI: Battery Direct Inverter) bekannt.

Insbesondere um die Sicherheit eines Batteriesystems zu gewährleisten, die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen des Batteriesystems auszuschöpfen und/oder die Lebensdauer der Batteriezellen zu erhöhen, werden Batteriemanagementsysteme (BMS, BMS: Battery Management System) eingesetzt. Wichtige Funktionen dieser Batteriemanagementsysteme sind dabei eine sogenannte Batteriezustandserkennung, welche den aktuellen Zustand der Batteriezellen des Batteriesystems ermittelt, die Kommunikation mit anderen Systemen, insbesondere Steuersystemen eines Fahrzeugs, und/oder die Durchführung des Thermomanagements der Batteriezellen. Hierzu weisen bislang bekannte Batteriemanagementsysteme insbesondere wenigstens eine Steuergeräteeinheit und eine Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten auf. Die Zellüberwachungseinheiten sind dabei üblicherweise sogenannte Cell Supervision Circuits, die Betriebsparameter, wie insbesondere Batteriezellspannungen, Batteriezellströme und/oder Batteriezelltemperaturen, erfassen und an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit übertragen. Für das Batteriemanagementsystem sind unterschiedliche Steuergeräte- Architekturen bekannt, insbesondere eine Architektur mit einer zentralen Steuergeräteinheit (Central-BMS System) und eine Architektur mit einer verteilter BMS-Steuergeräteeinheit (Distributed System mit und ohne Daisy Chain). Üblicherweise sind bei diesen Architekturen die Datenübertragungswege insbesondere aufgrund von Verfügbarkeits- und Sicherheitsüberlegungen hard-wired, also kabelgebunden, ausgeführt. Aus der Druckschrift DE 10 2007 063 280 A1 ist zudem ein Batteriesensor zur Verwendung in oben genannten Batteriesystemen bekannt, bei dem zur Reduzierung des Verdrahtungsaufwands die Datenübertragung drahtlos erfolgt.

Ein wesentlicher Nachteil bei bislang im Stand der Technik bekannten Batteriesystemen ist, dass ein Auftreten eines Fehlers im Batteriesystem üblicherweise zu einem Komplettausfall des Batteriesystems führt. Dabei detektiert die Steuergeräteinheit des Batteriemanagementsystems üblicherweise einen Fehler und initiiert, gegebenenfalls unter Nutzung einer sogenannten Battery Disconnection Unit (BDU), ein Abschalten des Batteriesystems, insbesondere indem entsprechende Schaltschütze des Batteriesystems angesteuert werden.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verfügbarkeit eines Batteriesystems im Fehlerfall zu steigern.

Offenbarung der Erfindung

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie, welche eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten, jeweils wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen aufweist, vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem wenigstens eine Steuergeräteeinheit und wenigstens eine Zellüberwachungseinheit umfasst. Dabei ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet, Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters von wenigstens einer Batteriezelle zu empfangen, die empfangenen Daten zu erfassen und die erfassten Daten an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit zu übertragen. Ferner ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet, wenigstens ein Fehlerereignis in Bezug auf die wenigstens eine Batteriezelle zu detektieren und ein Abschalten des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls auszulösen. Betriebsparameter wenigstens einer Batteriezelle sind insbesondere die Batteriezellspannung und/oder die Battehezelltemperatur der wenigstens einen Batteriezelle. Daten bezüglich wenigstens eines Bethebsparameters sind insbesondere Messwerte bezüglich wenigstens eines Bethebsparameters, das heißt insbesondere Messwerte bezüglich der Batteriezellspannung und/oder Messwerte bezüglich der Batteriezelltemperatur. Insbesondere ist vorgesehen, dass jede Batteriezelle wenigstens einen Sensor umfasst, wobei der wenigstens eine Sensor Betriebsparameter der Batteriezelle, insbesondere die Batteriezellspannung und/oder die Batteriezelltemperatur, misst. Die von dem wenigstens einem Sensor aufgenommenen Messwerte werden vorteilhafterweise jeweils an wenigstens eine Zellüberwachungseinheit als Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters übertragen und von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit erfasst. Diese erfassten Daten können von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit übertragen werden. Insbesondere ist als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit eine sogenannte Cell Supervision Circuit (CSC) mit erweitertem Funktionsumfang ist. Die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ist dabei vorteilhafterweise ferner ausgebildet, ein sogenanntes Cell-Balancing durchzuführen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Steuergeräteeinheit eine sogenannte Battery Control Unit (BCU) ist. Die wenigstens eine Steuergeräteeinheit des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorteilhafterweise ausgebildet, empfangene Daten, insbesondere empfangene Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters wenigstens einer Batteriezelle unter Nutzung wenigstens eines Algorithmus auszuwerten. Ferner ist die wenigstens eine Steuergeräteeinheit vorteilhafterweise ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Datenauswertung Funktionen eines Batteriesystems zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere die Temperierung der Batteriezellen eines Batteriesystems und/oder weitere sicherheitsrelevante Funktionen eines Batteriesystems. Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Steuergeräteeinheit ausgebildet ist, Schaltschütze des Batteriesystems anzusteuern, um die Batterie des Batteriesystems elektrisch entkoppeln zu können und somit beispielsweise ein Überladen eines Batteriesystems zu verhindern.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ausgebildet ist, Fehlerereignisse in Bezug auf wenigstens eine Batteriezelle zu detektieren und ein Abschalten des diese wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls auszulösen, wird die wenigstens eine Steuergeräteeinheit vorteilhafterweise entlastet. Hierdurch sinkt vorteilhafterweise die Fehleranfälligkeit des Batteriemanagementsystems. Insbesondere wird die Anzahl von Fehlern aufgrund eines zu hohen durch die wenigstens eine Steuergeräteeinheit zu verarbeiteten Datenvolumens reduziert, wodurch das Batteriemanagementsystem vorteilhafterweise robuster arbeitet.

Dadurch, dass durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit zudem das Abschalten einzelner Batteriemodule vorgesehen ist, kann ein Batteriesystem vorteilhafterweise im Fehlerfall mit den verbleibenden Batteriemodulen weiter betrieben werden. Zwar ist hierdurch die Systemleistung eines Batteriesystems mitunter verringert, ein Komplettausfall wird aber vorteilhaferweise verhindert.

Ein Auslösen eines Abschaltens des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ist insbesondere ein aktives Ansteuern einer Schalteinheit zum Abschalten des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit und/oder das Senden wenigstens eines Signals durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit an eine Steuereinrichtung des Batteriesystems, wobei die Steuereinrichtung bei Empfang des wenigstens einen Signals ein Abschalten des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls initiiert. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, bei Detektion des wenigstens einen Fehlerereignisses das Abschalten des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls auszulösen. Das heißt das Erkennen eines Fehlerereignisses durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit triggert quasi das Auslösen des Abschaltens des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls. Als Reaktion auf das Erkennen eines Fehlerereignisses wird somit vorteilhafterweise das Abschalten des die betroffene Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls ausgelöst. Schäden am Batteriesystem, insbesondere Schäden, die zu einem Totalausfall des Batteriesystems führen würden, lassen sich hierdurch vorteilhafterweise weitestgehend vermeiden. Insbesondere ist als weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, zur Auslösung eines Abschaltens des die wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls ein Abschaltsignal zu generieren. Ferner ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise ausgebildet, dass generierte Abschaltsignal zu versenden. Vorzugsweise wird das Generieren eines Abschaltsignals durch das Detektieren eines Fehlereignisses durch die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgelöst. Das generierte Abschaltsignal wird vorteilhafterweise von der Zellüberwachungseinheit versendet, um das Abschalten des die wenigstens eine das Fehlerereignis verursachende Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls auszulösen. Vorteilhafterweise wird das Abschaltsignal von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit an eine Schalteinheit des Batteriesystems gesendet, über welche das betroffene Batteriemodul mit den weiteren Batteriemodulen des Batteriesystems elektrisch verbunden ist. Die Schalteinheit kann insbesondere mittels Halbleiterschaltelementen ausgebildet sein, wobei der Empfang des Abschaltsignals durch die Schalteinheit ein Schalten der Schalteinheit auslöst und das betroffene Batteriemodul somit vorteilhafterweise von dem Batteriesystem abgeschaltet wird. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ferner ausgebildet, einen ausbleibenden Empfang von Daten von der wenigstens einen Batteriezelle als Fehlerereignis zu detektieren. Somit wird vorteilhafterweise auch eine gestörte Kommunikationsverbindung zwischen der wenigstens einen Batteriezelle eines Batteriemoduls und der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit als Fehlerereignis erkannt. Insbesondere ist hierdurch verhinderbar, dass ein Problem mit der wenigstens einen Batteriezelle bei einer gestörten Kommunikationsverbindung unerkannt bleibt. Hierdurch wird die Robustheit des Systems vorteilhafterweise weiter erhöht.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, die erfassten Daten unter Anwendung wenigstens eines Algorithmus auszuwerten. Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, durch Auswertung der erfassten Daten Batteriezelleigenschaften zu bestimmen, wie insbesondere den Ladezustand einer Batteriezelle (SOC, SOC: State of Charge). Hierdurch wird die wenigstens eine Steuergeräteeinheit des Batteriemanagementsystems vorteilhafterweise weiter entlastet, wodurch die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems vorteilhafterweise weiter sinkt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ausgebildet ist, die ausgewerteten Daten als weitere Daten zu erfassen und die ausgewerteten Daten als erfasste Daten an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit zu übertragen. So ist insbesondere vorgesehen, dass ein von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit bestimmter Ladezustand einer Batteriezelle (SOC) an die wenigstens eine Steuergeräteeinheit von der Zellüberwachungseinheit übertragen werden kann.

Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit ferner ausgebildet, durch die Auswertung der erfassten Daten das wenigstens eine Fehlerereignis zu detektieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit hierzu eine Komparatoreinheit umfasst, wobei das Überschreiten und/oder Unterschreiten von vordefinierten Grenzwerten als ein Fehlerereignis detektiert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein unplausibler Wert für einen Ladezustand einer Batteriezelle als Fehlerereignis von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit detektiert wird. Vorteilhafterweise ist die Anzahl detektierbarer Fehlerereignisse durch diese Ausgestaltung weiter erhöht und der Betrieb eines Batteriesystems hinsichtlich der Verfügbarkeit bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Battehemanagementsystenns weiter verbessert.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems weist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit eine Sendeeinrichtung zum drahtlosen Senden von Daten auf. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit insbesondere ausgebildet, erfasste Daten und/oder ein generiertes Abschaltsignal mittels der Sendeeinrichtung drahtlos zu senden. Ferner ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfang von Daten aufweist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass das Senden und/oder Empfangen von Daten zwischen Einheiten des Batteriemanagementsystems zumindest teilweise drahtlos erfolgt. Durch die drahtlose Übertragung der Daten ist vorteilhafterweise der Verdrahtungsaufwand reduziert. Insbesondere ist vorgesehen, dass die drahtlose Übertragung von Daten mittels einer Funktechnik erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Übertragung von Signalen gemäß dem Industriestandart IEEE 802.15.1 (Bluetooth), gemäß einem RFID-Standard (RFID: radio-frequency Identification) und/oder mittels eines lokalen Funknetzes, vorzugsweise mittels eines lokalen Funknetzes gemäß einem Standard der IEEE 802.1 1 -Familie, erfolgt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Daten bezüglich des wenigstens einen Betriebsparameters drahtlos von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit empfangbar sind.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriemodulen, welche jeweils wenigstens eine Batteriezelle umfassen, und mit einem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem vorgeschlagen, wobei einer Zellüberwachungseinheit des Batteriemanagementsystems zum Empfang von Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters wenigstens einer Batteriezelle jeweils wenigstens eine Batteriezelle eines Batteriemoduls des Batteriesystems zugeordnet ist. Das heißt eine Zellüberwachungseinheit des Batteriemanagementsystems erfasst jeweils die Daten bezüglich des wenigstens einen Betriebsparameters von der der Zellüberwachungseinheit zugeordneten Batteriezelle. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die wenigstens eine Batteriezelle Sensoren zur Erfassung von Betriebsparametern wenigstens einer Batteriezelle aufweist, insbesondere Sensoren zum Erfassen einer Batteriezellspannung und/oder einer Batteriezelltemperatur. Die von den Sensoren erfassten Daten werden vorteilhafterweise über eine Kommunikationsverbindung an die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit übertragen, von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit empfangen und von der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit als Daten bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters erfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass einer Zellüberwachungseinheit mehrere Batteriezellen eines Batteriemoduls zugeordnet sind, insbesondere sämtliche Batteriezellen eines Batteriemoduls, wobei das Batteriemanagementsystem mindestens so viele Zellüberwachungseinheiten wie Batteriemodule aufweist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriesystems ist vorgesehen, dass das Batteriesystem Koppeleinheiten umfasst, über die die Batteriemodule des Batteriesystems elektrisch miteinander verschaltet sind. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Batteriemodule jeweils mittels einer dem jeweiligen Batteriemodul zugeordneten Koppeleinheit dem Batteriesystem elektrisch zuschaltbar oder von dem Batteriesystem elektrisch abschaltbar beziehungsweise abtrennbar sind. Die Koppeleinheit ist hierzu vorteilhafterweise ausgebildet, bei Empfang eines Abschaltsignals das Batteriemodul von dem Batteriesystem elektrisch abzuschalten, insbesondere indem die Koppeleinheit durch einen entsprechenden Schaltvorgang das Batteriemodul elektrisch überbrückt. Das Batteriesystem umfasst bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Batteriemodulen, welche vorteilhafterweise über die Koppeleinheiten zu einem Batteriestrang zugeschaltet oder überbrückt werden können. Vorteilhafterweise sind die Batteriemodule des Batteriesystems als Batterie Direkt Konverter (BDC, BDC: Battery Direct Converter) oder als Batterie Direkt Inverter (BDI, BDI: Battery Direct Inverter) verschaltet. Vorteilhafterweise kann das Batteriesystem bei dieser Ausgestaltung bei Ausfall eines oder mehrerer Batteriemodule mit den verbliebenen Batteriemodulen weiter betrieben werden. Über die Koppeleinheiten sind die Batteriemodule des Batteriesystems vorteilhafterweise entweder additiv zu der Ausgangsspannung des entsprechenden Batteriestranges zuschaltbar oder in dem entsprechenden Batteriestrang überbrückbar, sodass die Batteriezellen dieses Batteriemoduls keinen Beitrag zu der Ausgangsspannung des entsprechenden Batteriestranges liefern.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem einen Signalübertragungsweg zwischen der einem Batteriemodul zugeordneten

Koppeleinheit und der wenigstens einen Zellüberwachungseinheit, welche der wenigstens einen Batteriezelle dieses Batteriemoduls zugeordnet ist, aufweist.

Insbesondere ist vorgesehen, das ein von der wenigstens einen

Zellüberwachungseinheit generiertes Abschaltsignal über diesen Signalübertragungsweg an die Koppeleinheit gesendet werden kann, um auf diese Weise das Abschalten eines Batteriemoduls des Batteriesystems auszulösen.

Vorteilhafterweise ist der Signalübertragungsweg drahtlos realisiert, wobei die wenigstens eine Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise eine Sendeeinrichtung zum drahtlosen Senden des Abschaltsignals aufweist und die jeweilige Koppeleinheit vorteilhafterweise eine Empfangseinrichtung zum drahtlosen Empfangen eines Abschaltsignals aufweist. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Verdrahtungsaufwand des Batteriesystems weiter reduziert.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt: in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes

Batteriemanagementsystenns;

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem;

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem; und

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein Batteriemodul eines Batteriesystems mit einer dem Batteriemodul zugeordneten Koppeleinheit.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein Batteriemanagementsystem 1 zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer nachladbaren Batterie, welche eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten, jeweils wenigstens eine Batteriezelle 2 umfassenden Batteriemodulen 3 aufweist. Das Batteriemanagementsystem 1 umfasst eine Steuergeräteeinheit 4 und eine Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten 5. Ferner umfasst das Batteriemanagementsystem 1 eine weitere Funktionseinheit 6, welche vorliegend zur Steuerung und/oder Regelung der Temperierung der Batteriemodule 3 ausgebildet ist. Die Batteriezellen 2 weisen jeweils Sensoren (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt) zum Messen der Batteriezellspannung und der Batteriezelltemperatur auf. Über einen Signalübertragungsweg 7 werden die von den Sensoren erfassten Messwerte an die Zellüberwachungseinheiten 5 übertragen. Die Zellüberwachungseinheiten 5 übernehmen insbesondere die Aufgaben von sogenannten Cell Supervision Circuits (CSC). Insbesondere sind die Zellüberwachungseinheiten 5 zur Durchführung eines sogenannten Cell- Balancing ausgebildet. Über den Signalübertragungsweg 7 sind die Zellüberwachungseinheiten 5 jeweils ausgebildet, die von den Sensoren erfassten Messwerte zu empfangen, die empfangenen Daten zu erfassen und die erfassten Daten über den Signalübertragungsweg 8 an die Steuergeräteeinheit 4 zu übertragen.

Ferner sind die Zellüberwachungseinheiten 5 ausgebildet, ein Fehlerereignis in Bezug auf die Batteriezelle 2, mit der die jeweilige Zellüberwachungseinheit 5 über den Signalübertragungsweg 7 verbunden ist, zu detektieren und ein Abschalten des diese Batteriezelle 2 umfassenden Batteriemoduls 3 auszulösen. Insbesondere sind die Zellüberwachungseinheiten 5 ausgebildet, einen ausbleibenden Empfang von Messwerten von der jeweiligen Batteriezelle 2 als Fehlerereignis zu detektieren. Das heißt auch wenn ein Übertragungsfehler von einer Batteriezelle 2 zu einer Zellüberwachungseinheit 5 vorliegt, wird dies als Fehlerereignis erkannt. Ferner sind die Zellüberwachungseinheiten 5 vorteilhafterweise ausgebildet, erfasste Daten unter Nutzung eines Algorithmus auszuwerten. Insbesondere sind die Zellüberwachungseinheiten 5 dabei ausgebildet, aktuelle Eigenschaften der jeweiligen Batteriezelle 2 zu bestimmen, insbesondere den Ladezustand (SOC) einer Batteriezelle 2 und/oder den sogenannten State of Health (SOH) einer Batteriezelle 2 zu bestimmen. Hierdurch wird vorteilhafterweise die zentrale Steuereinheit 4 entlastet.

Zudem sind die Zellüberwachungseinheiten 5 vorteilhafterweise ausgebildet, durch Auswerten von erfassten Daten ein Fehlerereignis zu erkennen. Hierzu umfassen Zellüberwachungseinheiten insbesondere eine Komparatoreinheit (in Fig. 1 nicht explizit dargestellt). Mittels der Komparatoreinheit werden erfasste und/oder ausgewertete Daten dabei einem Schwellwertvergleich unterzogen, wobei in Abhängigkeit von den jeweiligen Daten ein Überschreiten und/oder ein Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwertes von den Zellüberwachungseinheiten 5 als ein Fehlerereignis erkannt wird. Die Übertragung der Daten über die Signalübertragungswege 7, 8 erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drahtlos, vorzugsweise gemäß einem Funkübertragungsstandard. Hierdurch ist vorteilhafterweise der Verdrahtungsaufwand reduziert. Das in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Batteriemanagementsystenn 1 weist eine verteilte Steuergerätearchitektur auf, bei dem die Zellüberwachungseinheiten 5 in sternförmiger Architektur mit der Steuergeräteeinheit kommunizieren. Als vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten (in Fig. 1 nicht dargestellt) sind insbesondere folgende Realisierungen der Signalübertragungspfade für die Anbindung der Zellüberwachungseinheiten 5 vorgesehen:

Die Kommunikation zwischen den Batteriezellen 2/Batteriemodulen 3 und den Zellüberwachungseinheiten 5 erfolgt drahtlos. Über einen gemeinsamen drahtgebundenen Bus sind die Zellüberwachungseinheiten 5 an die Steuergeräteeinheit 4 angebunden. Oder:

Die Kommunikation zwischen den Batteriezellen 2/Batteriemodulen 3 und den Zellüberwachungseinheiten 5 erfolgt drahtlos. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind zudem in einer sogenannten Daisy-Chain drahtgebunden an die Steuergeräteeinheit 4 angebunden. Oder:

Die Kommunikation zwischen den Batteriezellen 2/Batteriemodulen 3 und den Zellüberwachungseinheiten 5 erfolgt drahtlos gemäß dem Daisy-Chain Prinzip. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind zudem drahtgebunden an die Steuergeräteeinheit 4 angebunden. Oder:

Die Kommunikation zwischen den Batteriezellen 2/Batteriemodulen 3 und den Zellüberwachungseinheiten 5 erfolgt drahtlos. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind untereinander drahtgebunden miteinander verschaltet und drahtlos an die Steuergeräteeinheit 4 angebunden. Oder:

Die Kommunikation zwischen den Batteriezellen 2/Batteriemodulen 3 und den Zellüberwachungseinheiten 5 erfolgt drahtlos gemäß dem Daisy-Chain Prinzip. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind zudem drahtlos an die Steuergeräteeinheit 4 angebunden. In Fig. 2 ist stark vereinfacht ein Ausführungsbeispiel für ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen 3 und einem Batteriemanagementsystem als Blockschaltbild dargestellt. Die Zusammenschaltung der Batteriemodule 3 erfolgt dabei über Koppeleinheiten 9 gemäß einem Batterie Direkt Konverter. Dabei sind die Batteriemodule 3 zu einem Batteriestrang zusammengeschaltet, wobei die Batteriemodule 3 mittels der Koppeleinheiten 9 dem Batteriestrang einzeln zugeschaltet werden können oder von dem Batteriestrang durch Überbrücken des jeweiligen Batteriemoduls 3 abgeschaltet werden können. Eine Koppeleinheit 9 wird im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert.

Das Batteriemanagementsystem umfasst eine zentrale Steuergeräteeinheit 4 und eine Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten 5, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind dabei insbesondere ausgebildet, Daten bezüglich der Batteriezellspannung einer Gruppe 2 von Batteriezellen 2 zu erfassen und auszuwerten. Insbesondere sind die Zellüberwachungseinheiten 5 ausgebildet, im Rahmen der Datenauswertung ein Fehlerereignis zu detektieren, beispielsweise einen überhöhten Batteriezellspannungswert. Ferner sind die Zellüberwachungseinheiten 5 ausgebildet, eine Störung des Signalübertragungsweges 7 zwischen einer Gruppe 2 von Batteriezellen und der Zellüberwachungseinheit 5 als Fehlerereignis zu detektieren. Bei Detektion eines Fehlerereignisses sind die Zellüberwachungseinrichtungen 5 ferner ausgebildet, ein Abschaltsignal zu generieren und das Abschaltsignal über den Signalübertragungsweg 10 zwischen den Zellüberwachungseinheiten 5 eines Batteriemoduls 3 und der Koppeleinheit 9 dieses Batteriemoduls an die Koppeleinheit 9 zu senden. Der Empfang des Abschaltsignals durch die Koppeleinheit 9 löst in der Koppeleinheit 9 einen Schaltvorgang aus, wodurch das über die Koppeleinheit 9 mit dem Batteriesystem verbundene Batteriemodul 3 elektrisch überbrückt und hierdurch von dem Batteriesystem abgeschaltet wird. Die Zellüberwachungseinheiten 5 sind auf diese Weise ausgebildet, ein Abschalten eines Batteriemoduls 3 des Batteriesystems auszulösen. Die weiteren Batteriemodule 3 des Batteriesystems stehen dabei vorteilhafterweise weiterhin zur Verfügung. Das Batteriesystem ist somit vorteilhafterweise trotz des Auftretens eines Fehlerereignisses weiterhin verfügbar. Fig. 3 zeigt in stark vereinfachter Weise ein Batte esystem, bei dem die Zusammenschaltung der Batteriemodule 3 als Batterie Direkt Inverter (BDI) erfolgt. Die Batteriemodule 3 sind dabei, wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 erläutert, über Koppeleinheiten 9 einzeln dem Batteriesystem zuschaltbar und einzeln von dem Batteriesystem abschaltbar, allerdings in erweiterter Form. Wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert, sind auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Zellüberwachungseinheiten 5 Fehlerereignisse detektierbar, wobei durch die Zellüberwachungseinheiten 5 bei Detektion eines Fehlerereignisses das Abschalten des die das Fehlerereignis verursachende Batteriezelle umfassenden Batteriemoduls 3 auslösen, indem die jeweilige Zellüberwachungseinrichtung 5 über den Signalübertragungsweg 10 die jeweilige Koppeleinheit 9 ansteuert.

Anhand von Fig. 4 wird beispielhaft die Funktionsweise einer Koppeleinheit 9 erläutert. Dazu ist die Koppeleinheit 9 in Fig. 4 mit Halbleiterschaltungselementen realisiert. Über die Koppeleinheit 9 ist ein Batteriemodul 3, welches eine Mehrzahl von Batteriezellen 2 umfasst, mit anderen Batteriemodulen 3 (in Fig. 4 nicht dargestellt) zu einer Batterie beziehungsweise einem Batteriestrang elektrisch verschaltbar. Dabei ist als Normalzustand (Batteriemodul 3 ist dem Batteriesystem zugeschaltet) vorgesehen, dass ein Stromfluss über den oberen Schaltungsteil der Koppeleinrichtung 9 ermöglicht ist, sodass das Batteriemodul 3 in den Strompfad 1 1 eingebunden ist. Der untere Schaltungsteil der Koppeleinrichtung sperrt dabei (symbolisch durch das Kreuz 1 1 ' dargestellt). Zum Überbrücken des Batteriemoduls 3 und somit zum erfindungsgemäßen Abschalten des Batteriemoduls 3 wird von einer Zellüberwachungseinrichtung (in Fig. 4 nicht dargestellt) ein Signal über den mit der Koppeleinrichtung 9 verbundenen Signalübertragungsweg 10 gesendet, wobei durch Empfang des Signals der obere Schaltungsteil der Koppeleinheit 9 sperrt (symbolisch durch das gestrichelte Kreuz 12' dargestellt) und ein neuer Strompfad 12 sich über den unteren Schaltungsteil der Koppeleinheit 9 ausbildet und somit das Batteriemodul 3 elektrisch überbrückt. Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.