AT519841A1 - Safety monitoring unit - Google Patents
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Abstract
Sicherheitsüberwachungseinheit für eine Batterie in einem Bordnetz eines Fahrzeugs, umfassend: - eine Trennschalteranordnung (12) mit wenigstens einem Trennschalterelement (14), wobei die Trennschalteranordnung (12) in einem Verbindungsschaltzustand eine Verbindung eines mit einer Batterie (24) zu verbindenden oder verbundenen Batterieanschlusses (20) mit einem mit einem Bordnetz zu verbindenden oder verbundenen Bordnetzanschluss (16) herstellt und in einem Trennschaltzustand den Batterieanschluss (20) vom Bordnetzanschluss (16) trennt, - wenigstens eine Spannungserfassungsanordnung (30, 32, 38) - wenigstens eine Stromerfassungsanordnung (34) zum Erfassen eines zwischen dem Batterieanschluss (20) und dem Bordnetzanschluss (16) fließenden Stroms, - einen Mikroprozessor (26), wobei der Mikroprozessor (26) dazu ausgebildet ist, die Trennschalteranordnung (12) beruhend auf einer von wenigstens einer Spannungserfassungsanordnung (30, 32, 38) erfassten Spannung oder/und beruhend auf dem von der Stromerfassungsanordnung (34) erfassten Strom zum Umschalten zwischen seinen Schaltzuständen anzusteuern.A safety monitoring unit for a battery in a vehicle electrical system, comprising: a circuit breaker assembly (12) having at least one circuit breaker element (14), said circuit breaker assembly (12) connecting, in a connection switching state, a battery terminal to be connected or connected to a battery (24) ( 20) with an electrical system to be connected or connected to a vehicle power supply (16) and disconnects the battery terminal (20) from the electrical system connection (16) in a disconnected switching state, - at least one voltage detection arrangement (30, 32, 38) - at least one current detection arrangement (34) for detecting a current flowing between the battery terminal (20) and the electrical system connection (16), - a microprocessor (26), the microprocessor (26) being adapted to operate the circuit breaker arrangement (12) based on one of at least one voltage detection arrangement (30, 32, 38) detected voltage and / or based on the v on the current detection device (34) detected current to switch between its switching states to control.
Description
ZusammenfassungSummary
Sicherheitsüberwachungseinheit für eine Batterie in einem Bordnetz eines Fahrzeugs, umfassend:Safety monitoring unit for a battery in an electrical system of a vehicle, comprising:
eine Trennschalteranordnung (12) mit wenigstens einem Trennschalterelement (14), wobei die Trennschalteranordnung (12) in einem Verbindungsschaltzustand eine Verbindung eines mit einer Batterie (24) zu verbindenden oder verbundenen Batterieanschlusses (20) mit einem mit einem Bordnetz zu verbindenden oder verbundenen Bordnetzanschluss (16) herstellt und in einem Trennschaltzustand den Batterieanschluss (20) vom Bordnetzanschluss (16) trennt, wenigstens eine Spannungserfassungsanordnung (30, 32, 38) wenigstens eine Stromerfassungsanordnung (34) zum Erfassen eines zwischen deman isolating switch arrangement (12) with at least one isolating switch element (14), the isolating switch arrangement (12) in a connection switching state a connection of a battery connection (20) to be connected or connected to a battery (24) to an onboard power supply connection to be connected or connected to an electrical system ( 16) and disconnects the battery connection (20) from the vehicle electrical system connection (16) in a disconnected switching state, at least one voltage detection arrangement (30, 32, 38) at least one current detection arrangement (34) for detecting a voltage between the
Batterieanschluss (20) und dem Bordnetzanschluss (16) fließenden Stroms, einen Mikroprozessor (26), wobei der Mikroprozessor (26) dazu ausgebildet ist, dieBattery connection (20) and the electrical system connection (16) flowing current, a microprocessor (26), wherein the microprocessor (26) is designed to
Trennschalteranordnung (12) beruhend auf einer von wenigstens einerDisconnector arrangement (12) based on one of at least one
Spannungserfassungsanordnung (30, 32, 38) erfassten Spannung oder/und beruhend auf dem von der Stromerfassungsanordnung (34) erfassten Strom zum Umschalten zwischen seinen Schaltzuständen anzusteuern.Voltage detection arrangement (30, 32, 38) detected voltage and / or based on the current detected by the current detection arrangement (34) to switch between its switching states.
(Fig. 1) / 15(Fig. 1) / 15
- 1 Sicherheitsüberwachungseinheit- 1 security monitoring unit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsüberwachungseinheit, die in Verbindung mit einer an ein Bordnetz eines Fahrzeugs anzuschließenden Batterie dazu eingesetzt werden kann, die Funktionsfähigkeit der Batterie zu gewährleisten bzw. zu überwachen und eine Überlastung der Batterie zu verhindern.The present invention relates to a safety monitoring unit which can be used in conjunction with a battery to be connected to an on-board network of a vehicle to ensure or monitor the functionality of the battery and to prevent the battery from being overloaded.
In Fahrzeugen werden als Energiespeicher häufig Fithium-Ionen-Batterien eingesetzt, die im Allgemeinen eine Mehrzahl von Zellen umfassen. Im Betrieb eines Fahrzeugs bzw. eines Bordnetzes ist darauf zu achten, dass die Batterie bzw. die einzelnen Zellen derselben nicht in einen Überspannungszustand oder einen Unterspannungszustand gelangt bzw. gelangen oder bei ungeeigneten Temperaturzuständen betrieben wird.Fithium-ion batteries, which generally comprise a plurality of cells, are frequently used as energy stores in vehicles. When operating a vehicle or an on-board electrical system, care must be taken to ensure that the battery or the individual cells thereof do not get into an overvoltage or undervoltage condition or are operated at unsuitable temperature conditions.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherheitsüberwachungseinheit für eine Batterie in einem Bordnetz eines Fahrzeugs vorzusehen, welche zuverlässig das Betreiben der Batterie in einem ungeeigneten Betriebszustand verhindert.It is the object of the present invention to provide a safety monitoring unit for a battery in an electrical system of a vehicle, which reliably prevents the battery from being operated in an unsuitable operating state.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Sicherheitsüberwachungseinheit für eine Batterie in einem Bordnetz eines Fahrzeugs, umfassend:According to the invention, this object is achieved by a safety monitoring unit for a battery in an electrical system of a vehicle, comprising:
eine Trennschalteranordnung mit wenigstens einem Trennschalterelement, wobei die Trennschalteranordnung in einem Verbindungsschaltzustand eine Verbindung eines mit einer Batterie zu verbindenden oder verbundenen Batterieanschlusses mit einem mit einem Bordnetz zu verbindenden oder verbundenen Bordnetzanschluss herstellt und in einem Trennschaltzustand den Batterieanschluss vom Bordnetzanschluss trennt, wenigstens eine Spannungserfassungsanordnung, wenigstens eine Stromerfassungsanordnung zum Erfassen eines zwischen dem Batterieanschluss und dem Bordnetzanschluss fließenden Stroms, einen Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor dazu ausgebildet ist, die Trennschalteranordnung beruhend auf einer von wenigstens einer Spannungserfassungsanordnung erfassten Spannung oder/und beruhend auf dem von der Stromerfassungsanordnung erfassten Strom zum Umschalten zwischen seinen Schaltzuständen anzusteuern.an isolating switch arrangement with at least one isolating switch element, the isolating switch arrangement in a connection switching state establishing a connection of a battery connection to be connected or connected to a battery connection with an on-board electrical system connection to be connected or disconnected and in a disconnecting state separating the battery connection from the on-board electrical system connection, at least one voltage detection arrangement, at least a current detection arrangement for detecting a current flowing between the battery connection and the vehicle electrical system connection, a microprocessor, the microprocessor being designed to switch the isolating switch arrangement based on a voltage detected by at least one voltage detection arrangement and / or based on the current detected by the current detection arrangement To control switching states.
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- 2 Mit der erfindungsgemäß aufgebauten Sicherheitsüberwachungseinheit kann gewährleistet werden, dass keine Überlastung einer an den Batterieanschluss derselben angeschlossenen Batterie beispielsweise aufgrund einer kurzzeitig im Bordnetz vorhandenen Überspannung oder eines zu starken Stromflusses entstehen kann.With the safety monitoring unit constructed according to the invention, it can be ensured that no overloading of a battery connected to the battery connection of the same can occur, for example due to a short-term overvoltage in the vehicle electrical system or an excessive current flow.
Um insbesondere auch hinsichtlich einer die Trennschalteranordnung selbst betreffenden Funktionsdiagnose umfassende Information über in verschiedenen Leitungsbereichen anliegende Spannungen bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass eine ersteIn order to be able to provide comprehensive information about voltages present in different line areas, in particular with regard to a functional diagnosis relating to the disconnector arrangement itself, it is proposed that a first
Spannungserfassungsanordnung zum Erfassen einer Spannung im Bereich zwischen dem Bordnetzanschluss und der Trennschalteranordnung vorgesehen ist, und dass eine zweite Spannungserfassungsanordnung zum Erfassen einer Spannung im Bereich zwischen der Trennschalteranordnung und dem Batterieanschluss vorgesehen ist.Voltage detection arrangement is provided for detecting a voltage in the area between the vehicle electrical system connection and the disconnector arrangement, and that a second voltage detection arrangement is provided for detecting a voltage in the area between the disconnector arrangement and the battery connection.
Die Stromerfassungsanordnung kann zum Erfassen des Stroms im Bereich zwischen der Trennschalteranordnung und dem Batterieanschluss vorgesehen sein.The current detection arrangement can be provided for detecting the current in the area between the isolating switch arrangement and the battery connection.
Das Auftreten eines übermäßig großen Stromflusses, beispielsweise herbeigeführt durch einen im Bordnetz aufgetretenen Kurzschluss, erfordert zum Vermeiden einer Überlastung der Batterie eine kurzfristige Reaktion. Es wird daher vorgeschlagen, dass die Stromerfassungsanordnung eine Kurzschlussstromerfassungseinheit umfasst, wobei die Kurzschlussstromerfassungseinheit dazu ausgebildet ist, dann, wenn das Fließen eines eine vorbestimmte Stromschwelle übersteigenden Kurz Schluss Stroms erkannt wird, die Trennschalteranordnung in ihren Trennschaltzustand zu schalten und dem Mikroprozessor Information über das Schalten der Trennschalteranordnung in ihren Trennschaltzustand zuzuführen. Das Trennen der Batterie vom Bordnetz dann, wenn ein übermäßig großer Stromfluss erkannt wird, erfolgt somit nicht unmittelbar vermittels des Mikroprozessors, da die in diesem ablaufenden Rechenprozesse eine Entscheidungsdauer im Bereich von 100 ms bis 200 ms in Anspruch nehmen können. Die als elektrische Schaltung aufgebaute Kurzschlussstromerfassungseinheit kann in einem Zeitbereich von etwa 100 ps, also deutlich schneller als der Mikroprozessor, auf das Auftreten eines übermäßigen Stromflusses reagieren und somit entsprechend schnell die Batterie vor einer durch einen übermäßigen Stromfluss herbeigeführten Überlastung schützen. Dabei kann die Stromschwelle, die als Kriterien für das Vorliegen eines übermäßigen Stromflusses herangezogen wird, in einem Bereich von 600 A bis 1000 A liegen.The occurrence of an excessively large current flow, for example caused by a short circuit occurring in the vehicle electrical system, requires a short-term reaction to avoid overloading the battery. It is therefore proposed that the current detection arrangement comprise a short-circuit current detection unit, the short-circuit current detection unit being designed to switch the isolating switch arrangement into its isolating switching state and to inform the microprocessor of information about the switching of the circuit when a short-circuit current exceeding a predetermined current threshold is detected Disconnect disconnector assembly in their disconnect state. The disconnection of the battery from the vehicle electrical system when an excessively large current flow is detected is therefore not carried out directly by means of the microprocessor, since the computing processes running in it can take a decision duration in the range from 100 ms to 200 ms. The short-circuit current detection unit, which is constructed as an electrical circuit, can react to the occurrence of an excessive current flow in a time range of approximately 100 ps, that is to say significantly faster than the microprocessor, and thus correspondingly quickly protect the battery against an overload caused by an excessive current flow. The current threshold, which is used as criteria for the presence of an excessive current flow, can be in a range from 600 A to 1000 A.
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- 3 Um nach dem Trennen der Batterie vom Bordnetz vermittels der- 3 In order to disconnect the battery from the vehicle electrical system using the
Kurzschlussstromerfassungseinheit die Batterie wieder an das Bordnetz ankoppeln zu können, wird vorgeschlagen, dass der Mikroprozessor dazu ausgebildet ist, nach Schalten der Trennschalteranordnung in ihren Trennschaltzustand durch dieShort-circuit current detection unit to be able to couple the battery to the vehicle electrical system again, it is proposed that the microprocessor be designed to switch into its disconnected state after switching the disconnector arrangement
Kurzschlussstromerfassungseinheit die Trennschalteranordnung in ihrenShort-circuit current detection unit the disconnector arrangement in their
Verbindungsschaltzustand zurück zu schalten.Switch switching connection state back.
Dem Mikroprozessor kann eine Schnittstelle zur Anbindung des Mikroprozessors an ein Fahrzeuginformationssystem zugeordnet sein. Über ein derartiges Fahrzeuginformationssystem kann dem Mikroprozessor für den Betrieb der Batterie relevante Information zugeführt werden. Dies kann beispielsweise Information über die Temperatur in der Umgebung eines Fahrzeugs, insbesondere auch der Umgebung einer Batterie sein. Ferner kann dem Mikroprozessor Information zugeführt werden, welche den Betriebszustand bzw. die Betriebsfähigkeit des Bordnetzes selbst betrifft und indiziert, ob dieses, gegebenenfalls nach Vorliegen eines vorübergehenden kritischen Zustands, wieder in einem normalen Betriebszustand ist oder nicht.An interface for connecting the microprocessor to a vehicle information system can be assigned to the microprocessor. Such a vehicle information system can be used to supply the microprocessor with information relevant to the operation of the battery. This can be, for example, information about the temperature in the surroundings of a vehicle, in particular also the surroundings of a battery. Furthermore, information can be supplied to the microprocessor which relates to the operating state or the operability of the on-board electrical system itself and indicates whether or not it is back in a normal operating state, if appropriate after a temporary critical state has occurred.
Unter Ausnutzung derartiger in einem Fahrzeug zur Verfügung stehender Information kann der Mikroprozessor dazu ausgebildet sein, die Trennschalteranordnung dann in ihren Verbindungsschaltzustand zurück zu schalten, wenn dem Mikroprozessor über die Schnittstelle die Funktionsfähigkeit eines mit Bordnetzanschluss zu verbindenden oder verbundenen Bordnetzes indizierende Information zu geführt wird.Using such information available in a vehicle, the microprocessor can be designed to switch the circuit breaker arrangement back to its connection switching state when the microprocessor is supplied via the interface with the functionality of information that is to be connected or connected to the vehicle electrical system connection.
Ferner kann der Mikroprozessor dazu ausgebildet sein, dann, wenn eine durch wenigstens eine Spannungserfassungsanordnung erfasste Spannung das Anliegen einer eine vorbestimmte Schwellenspannung übersteigenden Überspannung indiziert, die Trennschalteranordnung in ihren Trennschaltzustand zu schalten, wenn dem Mikroprozessor über die Schnittstelle keine die Funktionsfähigkeit eines mit dem Bordnetzanschluss zu verbindenden oder verbundenen Bordnetzes indizierende Information zugeführt wird. Bei dieser Ausgestaltung überprüft der Mikroprozessor, nachdem er durch wenigstens eine Spannungserfassungsanordnung das Anliegen einer Überspannung indizierende Information zugeführt bekommen hat, aufgrund von im Bordnetz beispielsweise durch andere mit dem Mikroprozessor kommunizierende Steuergeräte bereitgestellter Information, ob der vorliegende Spannungszustand ein normaler oder ein abnormaler Spannungszustand ist. Erst dann, wenn aufgrund derartiger Information der Mikroprozessor verifiziert hat, dass die anliegende Spannung tatsächlich kritisch ist, oder dassFurthermore, the microprocessor can be designed to switch the isolating switch arrangement to its isolating switch state when a voltage detected by at least one voltage detection arrangement indicates the presence of an overvoltage exceeding a predetermined threshold voltage if the microprocessor does not have the functionality of the on-board power supply connection via the interface connecting or connected on-board electrical system indicative information is supplied. In this embodiment, the microprocessor checks, after having received the information indicating overvoltage from at least one voltage detection arrangement, on the basis of information provided in the on-board electrical system, for example by other control units communicating with the microprocessor, whether the present voltage state is a normal or an abnormal voltage state. Only when, based on such information, the microprocessor has verified that the applied voltage is actually critical, or that
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- 4 eine derartige Überspannung über eine Schwellenzeitdauer hinweg angelegen hat, also eine zu lange Belastung der Batterie vorliegt, steuert der Mikroprozessor die Trennschalteranordnung zum Trennen der Batterie vom Bordnetz an.4 has applied such an overvoltage over a threshold period of time, that is, the battery has been loaded for too long, the microprocessor controls the disconnector arrangement to disconnect the battery from the vehicle electrical system.
Die Sicherheitsüberwachungseinheit kann ferner in Zuordnung zu einer mit demThe security monitoring unit can also be associated with one with the
Batterieanschluss verbundenen oder zu verbindenden Batterie eine Balance-Einheit umfassen, wobei die Balance-Einheit dazu ausgebildet ist, den Spannungszustand einzelner Zellen einer mit dem Batterieanschluss zu verbindenden oder verbundenen Batterie zu erfassen oder/und auszugleichen oder/und dem Mikroprozessor Information über den Spannungszustand einzelner Zellen einer mit dem Batterieanschluss zu verbindenden oder verbundenen Batterie zuzuführen. Vermittels einer derartigen Balance-Einheit kann ein Energiemanagement der Batterie bzw. einzelner Zellen derselben durchgeführt werden. Die in der Balance-Einheit vorhandene Information beispielsweise über den Spannungszustand einzelner Zellen einer Batterie kann erforderlichenfalls im Mikroprozessor als Entscheidungskriterium dafür herangezogen werden, eine Überlastung einzelner oder mehrerer Zellen der Batterie zu unterbinden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bildete somit auch die Balance-Einheit eineBattery connection connected or to be connected battery comprise a balance unit, the balance unit being designed to detect or / and compensate for the voltage state of individual cells of a battery to be connected or connected to the battery connection or / and the microprocessor information about the voltage state of individual Supply cells to a battery to be connected or connected to the battery connector. Energy management of the battery or individual cells thereof can be carried out by means of such a balance unit. The information available in the balance unit, for example about the voltage state of individual cells of a battery, can, if necessary, be used in the microprocessor as a decision criterion for preventing overloading of individual or several cells of the battery. In the sense of the present invention, the balance unit thus also formed one
Spannungserfassungsanordnung, wobei die durch diese erfasste Spannung im Mikroprozessor als Entscheidungskriterium für das Umschalten der Trennschalteranordnung genutzt werden kann. Hierfür kann beispielsweise der Mikroprozessor dazu ausgebildet sein, dann, wenn die diesem von der Balance-Einheit zugeführte Information über den Spannungszustand einzelner Zellen einer mit dem Batterieanschluss zu verbindenden oder verbundenen Batterie einen Überspannungszustand oder einen Unterspannungszustand einer oder mehrerer der Zellen indiziert, die Trennschalteranordnung in ihren Trennschaltzustand zu schalten.Voltage detection arrangement, wherein the voltage detected by this in the microprocessor can be used as a decision criterion for switching the disconnector arrangement. For this purpose, the microprocessor can be designed, for example, when the information supplied by the balance unit about the voltage state of individual cells of a battery to be connected or connected to the battery connection indicates an overvoltage state or an undervoltage state of one or more of the cells, the disconnector arrangement in to switch their disconnected state.
Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Mikroprozessor dazu ausgebildet sein, den Schaltzustand oder/und die Schaltfähigkeit der Trennschalteranordnung zu überwachen. Der Mikroprozessor kann also eineAccording to a further particularly advantageous aspect of the present invention, the microprocessor can be designed to monitor the switching state and / or the switching capability of the disconnector arrangement. So the microprocessor can
Diagnosefunktionalität in Zuordnung zu der Trennschalteranordnung ausführen, um zu gewährleisten, dass ein herbeizuführender Schaltzustand derselben tatsächlich auch erreicht wurde, also beispielsweise eine Batterie zuverlässig vom Bordnetz getrennt wurde, bzw. sicherzustellen, dass die Trennschalteranordnung in einem grundsätzlich betriebsfähigen Zustand ist, dass also davon ausgegangen werden kann, dass der nächste durchzuführende Schaltvorgang tatsächlich auch ausgeführt wird.Execute diagnostic functionality in association with the disconnector arrangement in order to ensure that a switching state of the same has actually been achieved, for example a battery has been reliably disconnected from the vehicle electrical system, or to ensure that the disconnector arrangement is in a fundamentally operational state, that is, it is assumed can be that the next switching operation to be carried out is actually carried out.
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- 5 Wenigstens ein Trennschalterelement kann ein Halbleiterschalterelement, vorzugsweise- 5 At least one isolating switch element can be a semiconductor switch element, preferably
MOS FET-S chalterelement, umfas sen.MOS FET switch element, include.
Die Erfindung betrifft ferner eine Batteriebaugruppe für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, umfassend eine erfindungsgemäß aufgebaute Sicherheitsüberwachungseinheit sowie eine mit dem Batterieanschluss der Sicherheitsüberwachungseinheit verbundene Batterie.The invention further relates to a battery assembly for an on-board network of a vehicle, comprising a safety monitoring unit constructed according to the invention and a battery connected to the battery connection of the safety monitoring unit.
Dabei kann beispielsweise die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Vorteilhafterweise kann die Batterie eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen.The battery can be a lithium-ion battery, for example. The battery can advantageously comprise a plurality of battery cells.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Fig. 1 detailliert beschrieben, welche eine Sicherheitsüberwachungseinheit in Blockbilddarstellung zeigt.The invention is described in detail below with reference to the accompanying FIG. 1, which shows a security monitoring unit in a block diagram representation.
In Fig. 1 ist eine Sicherheitsüberwachungseinheit für eine Batterie im Bordnetz eines Fahrzeugs allgemein mit 10 bezeichnet. Die Sicherheitsüberwachungseinheit 10 umfasst eine Trennschalteranordnung 12, die vorzugsweise eine Mehrzahl von symbolisch dargestellten Trennschalterelement 14 umfasst. Die Trennschalterelemente 14 sind vorteilhafterweise als MOSFET-Schalterelemente ausgeführt, wobei beispielsweise ein Drain-Anschluss der MOSFET-Schalterelemente in Verbindung mit einem zu einem Bordnetzanschluss 16 führenden Leitungsbereich 18 und ein Source-Anschluss der MOSFET-Schalterelemente beispielsweise in Verbindung mit einem zu einem Batterieanschluss 20 führenden Leitungsbereich 22 ist. An den Batterieanschluss 20 ist eine allgemein mit 24 bezeichnete Batterie, beispielsweise LithiumIonen-Batterie mit einer Mehrzahl von Zellen, angeschlossen. Die Batterie 24 und die Sicherheitsüberwachungseinheit 10 können als eine Baueinheit bereitgestellt und in ihrer Gesamtheit in ein Fahrzeug integriert und mit dem Bordnetzanschluss 16 an ein Bordnetz angeschlossen werden.In Fig. 1, a security monitoring unit for a battery in the vehicle electrical system of a vehicle is generally designated 10. The safety monitoring unit 10 comprises an isolating switch arrangement 12, which preferably comprises a plurality of isolating switch element 14 shown symbolically. The isolating switch elements 14 are advantageously designed as MOSFET switch elements, with, for example, a drain connection of the MOSFET switch elements in connection with a line region 18 leading to an electrical system connection 16 and a source connection of the MOSFET switch elements for example in connection with a battery connection 20 leading line area 22. A battery, generally designated 24, for example a lithium ion battery with a plurality of cells, is connected to the battery connection 20. The battery 24 and the safety monitoring unit 10 can be provided as one structural unit and integrated in their entirety in a vehicle and connected to an on-board electrical system with the on-board electrical system connection 16.
Die Sicherheitsüberwachungseinheit 10 umfasst ferner einen Mikroprozessor 26. Dem Mikroprozessor 26 eine Schnittstelle 28 zugeordnet, über welche der Mikroprozessor 26, beispielsweise mittels eines CAN-Bussystems, an ein Fahrzeuginformationssystem angeschlossen werden kann. Über die Schnittstelle 28 kann somit der Mikroprozessor 26 mit im Fahrzeuginformationssystem vorhandenen Steuergeräten oder Sensoren oder dergleichen kommunizieren, welche für den Betrieb des Fahrzeugs bzw. der Batterie 24 relevanteThe safety monitoring unit 10 further comprises a microprocessor 26. The microprocessor 26 is assigned an interface 28 via which the microprocessor 26 can be connected to a vehicle information system, for example by means of a CAN bus system. The microprocessor 26 can thus communicate via the interface 28 with control devices or sensors or the like which are present in the vehicle information system and are relevant to the operation of the vehicle or the battery 24
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-6Information bereitstellen können. Der Mikroprozessor 26 ist vorzugsweise AS IL-(Automotive Savety Integrity Level)-fähig und kann beispielsweise dem Standard ASIL C & D entsprechen.-6 Provide information. The microprocessor 26 is preferably AS IL (Automotive Savety Integrity Level) capable and can, for example, correspond to the ASIL C&D standard.
Die Sicherheitsüberwachungseinheit 10 umfasst ferner zwei Spannungserfassungsanordnungen 30, 32. Die Spannungserfassungsanordnung 30 ist dazu ausgebildet, die Spannung bzw. das Potenzial im Leitungsbereich 18 zwischen dem Bordnetzanschluss 16 und derThe safety monitoring unit 10 further comprises two voltage detection arrangements 30, 32. The voltage detection arrangement 30 is designed to measure the voltage or the potential in the line area 18 between the vehicle electrical system connection 16 and the
Trennschalteranordnung 12 beispielsweise bezüglich eines Massepotenzials zu erfassen und ein diese Spannung repräsentierendes Signal zum Mikroprozessor 26 zu leiten. Die Spannungserfassungsanordnung 32 ist dazu ausgebildet, die Spannung bzw. das Potenzial im Leitungsbereich 22 zwischen der Trennschalteranordnung 12 und dem Batterieanschluss 20 beispielsweise bezüglich eines Massepotenzials zu erfassen und ein diese Spannung repräsentierendes Signal zum Mikroprozessor 26 zu leiten.Disconnect switch arrangement 12, for example with respect to a ground potential, and conduct a signal representing this voltage to microprocessor 26. The voltage detection arrangement 32 is designed to detect the voltage or the potential in the line region 22 between the isolating switch arrangement 12 and the battery connection 20, for example with respect to a ground potential, and to conduct a signal representing this voltage to the microprocessor 26.
Zur Erfassung des zwischen dem Bordnetzanschluss 16 und dem Batterieanschluss 20 fließenden Stroms ist eine Stromerfassungsanordnung 34 mit einer Kurzschlussstromerfassungseinheit 36 vorgesehen. Die Kurzschlussstromerfassungseinheit 36 ist als elektrische Schaltung aufgebaut und ist somit dazu in der Lage, auf einen durch die Stromerfassungsanordnung 34 erfassten überhöhten Strom, also beispielsweise Kurzschlussstrom, innerhalb einer sehr kurzen Zeit von etwa 100 ps zu reagieren. Die Kurzschlussstromerfassungseinheit 36 ist ansteuerungstechnisch mit der Trennschalteranordnung 12 verbunden, um dann, wenn ein eine vorbestimmte Stromschwelle im Bereich von 600 bis 1000 A übersteigender Strom erfasst wird, die Trennschalteranordnung 12 sofort in ihren Trennschaltzustand zu schalten. Gleichzeitig gibt die Kurzschlussstromerfassungseinheit 36 ein Signal an den Mikroprozessor 26 aus, um diesem zu signalisieren, dass die Trennschalteranordnung 12 in den Trennschaltzustand geschaltet wurde.A current detection arrangement 34 with a short-circuit current detection unit 36 is provided for detecting the current flowing between the on-board electrical system connection 16 and the battery connection 20. The short-circuit current detection unit 36 is constructed as an electrical circuit and is thus able to react to an excessive current, for example short-circuit current, detected by the current detection arrangement 34 within a very short time of approximately 100 ps. The short-circuit current detection unit 36 is connected in terms of control technology to the isolating switch arrangement 12 in order to immediately switch the isolating switch arrangement 12 to its isolating switch state when a current exceeding a predetermined current threshold in the range from 600 to 1000 A is detected. At the same time, the short-circuit current detection unit 36 outputs a signal to the microprocessor 26 in order to signal the microprocessor 26 that the isolating switch arrangement 12 has been switched to the isolating switch state.
Die Sicherheitsüberwachungseinheit 10 umfasst ferner eine Balance-Einheit 38. Die BalanceEinheit 38 ist dazu vorgesehen, die einzelnen Zellen der Batterie 24 hinsichtlich ihres Ladezustands bzw. Spannungszustands zu überwachen, um somit Information darüber zu generieren, ob bei einzelnen Zellen der Batterie 24 ein Zell-Überspannungszustand oder ein ZellUnterspannungszustand vorliegt. Die Balance-Einheit 38 ist ferner dazu vorgesehen, unterschiedliche Spannungs- bzw. Ladezustände der Zellen der Batterie 24 auszugleichen, beispielsweise in einem passiven Energiemanagementprozess Zellen, welche eine deutlich höhere Spannung aufweisen als gewünscht bzw. als andere Zellen, zu entladen, um dadurch das Spannungsniveau der Zellen aneinander anzupassen. Die Balance-Einheit 38 steht in VerbindungThe safety monitoring unit 10 further comprises a balance unit 38. The balance unit 38 is provided to monitor the individual cells of the battery 24 with regard to their charge state or voltage state, in order to generate information as to whether a cell in the individual cells of the battery 24 Overvoltage condition or a cell undervoltage condition. The balance unit 38 is also provided to compensate for different voltage or charge states of the cells of the battery 24, for example in a passive energy management process, cells which have a significantly higher voltage than desired or than other cells, to thereby discharge the Adapting the voltage level of the cells to one another. The balance unit 38 is connected
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- 7 mit dem Mikroprozessor 26, so dass einerseits unter entsprechender Ansteuerung durch den Mikroprozessor 26 die Balance-Einheit 38 das Energiemanagement der Batterie 24 durchführen kann, andererseits der Mikroprozessor 26 Information über den vermittels der Balance-Einheit 38 ermittelten Spannungszustand der Batterie 24 bzw. der Zellen derselben erhält.7 with the microprocessor 26, so that on the one hand with appropriate control by the microprocessor 26 the balance unit 38 can carry out the energy management of the battery 24, on the other hand the microprocessor 26 information about the voltage state of the battery 24 determined by means of the balance unit 38 or who receives the cells of the same.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Sicherheitsüberwachungseinheit 10 wird es möglich, einerseits den Betrieb bzw. Betriebszustand der Batterie 24 bzw. einzelner Zellen derselben zu überwachen und dann, wenn das Vorliegen ungeeigneter Zustände erkannt wird, Maßnahmen zu ergreifen, um dem entgegen zu wirken, beispielsweise einzelne Zellen der Batterie 24 verstärkt zu entladen oder gegebenenfalls zu laden. Ferner kann die Batterie 24 gegen einen übermäßigen Stromfluss geschützt werden, indem dann, wenn ein zu großer Strom erkannt wird, dieWith the safety monitoring unit 10 shown in FIG. 1, it becomes possible, on the one hand, to monitor the operation or operating state of the battery 24 or individual cells thereof and, if the presence of unsuitable conditions is recognized, to take measures to counteract this, for example, to increasingly discharge individual cells of the battery 24 or, if necessary, to charge them. Furthermore, the battery 24 can be protected against excessive current flow by, if an excessive current is detected, the
Trennschalteranordnung 12 in ihren Trennschaltzustand geschaltet wird und somit die Batterie 24 vom Bordnetz entkoppelt wird. Da der Mikroprozessor 26 über die Schnittstelle 28 in Informationsaustauschverbindung mit dem Fahrzeuginformationssystem steht, kann nach dem Trennen der Batterie 24 vom Bordnetz der Mikroprozessor 26 aufgrund anderer Information aus dem Fahrzeuginformationssystem, z.B. Information, welche einen Defekt im Bordnetz indiziert, den Trennzustand beibehalten, also die Trennschalteranordnung 12 in ihren Trennschaltzustand geschaltet lassen, bis das fortgesetzte Vorliegen eines zu einem übermäßigen Stromfluss führenden Zustands im Bordnetz ausgeschlossen werden kann oder gegebenenfalls bis nach dem Schalten in den Trennschaltzustand eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist und davon ausgegangen werden kann, dass ein derartiger zu einem übermäßigen Stromfluss führender Zustand im Bordnetz nicht mehr vorliegt. Ist dies der Fall, wird die Trennschalteranordnung 12 durch den Mikroprozessor 26 wieder in ihren Verbindungsschaltzustand geschaltet und damit die Batterie 24 wieder mit dem Bordnetz verbunden.Isolating switch arrangement 12 is switched to its isolating switching state and thus the battery 24 is decoupled from the vehicle electrical system. Since the microprocessor 26 is in information exchange connection with the vehicle information system via the interface 28, after the battery 24 has been disconnected from the on-board electrical system, the microprocessor 26 can be based on other information from the vehicle information system, e.g. Information which indicates a defect in the on-board electrical system, maintain the disconnected state, i.e. leave the disconnector arrangement 12 switched to its disconnected state until the continued presence of a state leading to excessive current flow in the on-board electrical system can be ruled out or, if necessary, a predetermined one after switching to the disconnected state Time period has expired and it can be assumed that such a condition that leads to excessive current flow is no longer present in the vehicle electrical system. If this is the case, the isolating switch arrangement 12 is switched back into its connection switching state by the microprocessor 26 and the battery 24 is thus connected to the vehicle electrical system again.
Ferner kann der Mikroprozessor 26, beruhend auf den von zumindest einer derFurthermore, the microprocessor 26 may be based on that of at least one of the
Spannungserfassungsanordnungen 30, 32 gelieferten Signalen, entscheiden, ob im Bordnetz ein Überspannungszustand vorliegt, welcher zu einer übermäßigen Belastung der Batterie 24 oder gegebenenfalls einzelner Zellen derselben führen kann. Ein derartiger Überspannungszustand kann beispielsweise auftreten, wenn ein zuvor in das Bordnetz eingekoppelter starker Verbraucher elektrische Energie spontan abgeschaltet wird. Auch in diesem Zustand kann der Mikroprozessor 26 die Batterie 24 durch Schalten der Trennschalteranordnung 24 in ihren Trennschaltzustand vom Bordnetz entkoppeln. In diesem Trennschaltzustand des Trennschalters 12 erfasst die im Leitungsbereich 18 messende Spannungserfassungsanordnung 30 nach wie vorVoltage detection arrangements 30, 32 supplied signals decide whether there is an overvoltage condition in the on-board electrical system, which can lead to an excessive load on the battery 24 or possibly individual cells thereof. Such an overvoltage condition can occur, for example, when a strong consumer previously coupled into the electrical system is spontaneously switched off. In this state as well, the microprocessor 26 can decouple the battery 24 from the vehicle electrical system by switching the isolating switch arrangement 24 into its isolating switching state. In this disconnected switching state of the disconnector 12, the voltage detection arrangement 30 measuring in the line area 18 continues to detect
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- 8 die im Bordnetz vorhandene Spannung, so dass beispielsweise das Ausgangssignal der Spannungserfassungsanordnung 30 als Entscheidungskriterium dafür genutzt werden kann, die Trennschalteranordnung 12 nach Abfallen der Spannung im Bordnetz wieder in ihren Verbindungsschaltzustand zu schalten und damit die Batterie 24 wieder an das Bordnetz anzukoppeln.8 the voltage present in the on-board electrical system, so that, for example, the output signal of the voltage detection arrangement 30 can be used as a decision criterion for switching the isolating switch arrangement 12 back into its connection switching state after the voltage in the on-board electrical system has dropped and thus to connect the battery 24 to the on-board electrical system again.
Der Mikroprozessor 26 kann beispielsweise auch unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie zum Beispiel der Umgebungstemperatur oder der Temperatur im Bereich der Batterie 24, die Trennschalteranordnung 12 zum Schalten in den Trennschaltzustand ansteuern. Derartige Temperaturinformation kann über die Schnittstelle 28 aus dem Fahrzeuginformationssystem bereitgestellt werden, so dass beispielsweise eine Überhitzung der Batterie 24 bzw. das Auftreten zu großer Ladeströme bei niedriger Batterietemperatur vermieden werden können.The microprocessor 26 can, for example, also take into account other parameters, such as the ambient temperature or the temperature in the region of the battery 24, the isolating switch arrangement 12 for switching to the isolating switching state. Such temperature information can be provided via the interface 28 from the vehicle information system, so that, for example, overheating of the battery 24 or the occurrence of excessive charging currents at a low battery temperature can be avoided.
Der Mikroprozessor 26 kann ferner zur Funktionsüberwachung der Trennschalteranordnung 12 ausgebildet sein. Beispielsweise kann auf der Grundlage des an der Trennschalteranordnung 12 zwischen den Leitungsbereichen 18, 22 auftretenden Spannungsabfalls überprüft werden, ob die Trennschalteranordnung 12 in ihrem Trennschaltzustand oder in ihremThe microprocessor 26 can also be designed to monitor the function of the circuit breaker arrangement 12. For example, on the basis of the voltage drop occurring at the isolating switch arrangement 12 between the line areas 18, 22, it can be checked whether the isolating switch arrangement 12 is in its isolating switching state or in its
Verbindungsschaltzustand oder einem Undefinierten und auf einen Defekt hindeutenden Schaltzustand ist. Der auf diese Art und Weise jeweils erfasste Schaltzustand kann mit dem für die Trennschalteranordnung 12 an sich vorgegebenen Schaltzustand verglichen werden, so dass insbesondere dann, wenn dieser erfasste Schaltzustand nicht dem Soll-Schaltzustand entspricht, auf das Vorliegen eines Lehlers der Trennschalteranordnung 12 geschlossen werden kann und einen entsprechender Warnhinweis erzeugt werden kann oder gegebenenfalls eine außerhalb der Sicherheitsüberwachungseinheit 10 liegende Trennschalteranordnung zum Entkoppeln der Batterie 24 vom dem Bordnetz angesteuert werden kann. Insbesondere bei Ausgestaltung der Trennschalterelemente 14 der Trennschalteranordnung 12 als MOSLET-Schalterelemente kann hierfür die Source-Drain-Spannung überwacht werden, während die Ansteuerung dieser MOSLET-Schalterelemente zum Umschalten der Trennschalteranordnung 12 über den GateAnschluss der MOSLET-Schalterelemente bzw. einen diesen ansteuernden Gate-Treiber erfolgt. Dieser Gate-Treiber kann wiederum unter der Ansteuerung des Mikroprozessors 26 stehen. Auch kann unter Berücksichtigung der an der Trennschalteranordnung 12 anliegenden Spannungen während eines vorliegenden Schaltzustandes der Trennschalteranordnung 12 eineConnection switching state or an undefined and indicating a defect switching state. The switching state detected in this way can be compared with the switching state specified for the disconnector arrangement 12 per se, so that in particular if this detected switching state does not correspond to the desired switching state, it can be concluded that there is an error in the disconnector arrangement 12 and a corresponding warning can be generated or, if necessary, a disconnector arrangement located outside of the safety monitoring unit 10 can be controlled for decoupling the battery 24 from the vehicle electrical system. In particular when the isolating switch elements 14 of the isolating switch arrangement 12 are configured as MOSLET switch elements, the source-drain voltage can be monitored for this purpose, while the activation of these MOSLET switch elements for switching over the isolating switch arrangement 12 via the gate connection of the MOSLET switch elements or a gate activating them Driver is done. This gate driver can in turn be controlled by the microprocessor 26. Also, taking into account the voltages present at the disconnector arrangement 12, the disconnector arrangement 12 can have a current during a switching state
Plausibilitätsüberprüfung dahingehend vorgenommen werden, ob ein Indiz dafür vorliegt, dass ein in Zukunft durchzuführender Schaltvorgang nicht richtig ausgeführt werden könnte, alsoPlausibility check is carried out to determine whether there is an indication that a switching operation to be carried out in the future could not be carried out correctly, that is
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- 9 beispielsweise ein die Schaltfähigkeit beeinträchtigender Defekt der Trennschalteranordnung 12 oder beispielsweise eines einzelnen Trennschalterelement 14 derselben vorliegen könnte. Auch in diesem Falle kann ein Warnhinweis erzeugt werden oder/und durch ein externes Trennschalterelement dafür gesorgt werden, dass die Batterie 24 vom Bordnetz entkoppelt wird, um zu verhindern, dass ein an sich durch die Trennschalteranordnung 12 zu unterbindender Überlastungszustand der Batterie 24 tatsächlich nicht beendet werden kann.9, for example, a defect in the disconnector arrangement 12 or, for example, an individual disconnector element 14 of the same which could impair the switching capability, could be present. In this case, too, a warning can be generated and / or an external disconnector element can be used to ensure that the battery 24 is uncoupled from the vehicle electrical system, in order to prevent an overload state of the battery 24 which is to be prevented by the disconnector arrangement 12 from actually ending can be.
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