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Die Erfindung betrifft eine Zellmodulüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Zellmodul für eine Fahrzeugbatterie mit einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung und eine Fahrzeugbatterie mit mehreren Zellmodulen und zumindest einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung.
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Die zunehmende Verbreitung elektrisch betriebener Fahrzeuge sowie von Hybridfahrzeugen führt dazu, dass bei der Herstellung von Fahrzeugbatterien, die diese Fahrzeuge zumindest teilweise antreiben, kostengünstige und zugleich bauraumsparende Lösungen gesucht werden. Fahrzeugbatterien, die insbesondere in das Traktionsnetz von Fahrzeugen eingebunden werden, umfassen in der Regel mehrere Zellmodule, deren Batteriekenngrößen über zumindest ein Zellmodulüberwachungsgerät gemessen und überwacht werden. Solche Zellmodulüberwachungsgeräte umfassen eine Vielzahl von Bauteilen, deren Installation und Konstruktion einen hohen Aufwand bedeuten. Insbesondere die Anbringung von Widerständen und Verbindungssteckern führt zu einem hohen Bauraumbedarf. Zudem werden separate Heizsysteme verbaut, die dafür sorgen, dass Fahrzeugbatterien auch bei niedrigen Temperaturen eine zufriedenstellende Leistung erbringen können. Doch auch dies ist mit hohen Kosten und einem großen Bauraumbedarf verbunden.
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Aus der
DE 10 2015 202 601 A1 ist ein Akkumulator bekannt, bei welchem Widerstände mittels Widerstandsleitungen bereitgestellt werden.
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Weiterhin ist aus der
WO 2013/066926 A1 ein Batteriemodul bekannt, welches Zellmodule umfasst. Zwischen den Zellmodulen sind jeweils Heizmatten angeordnet, mittels welcher die Zellmodule geheizt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zellmodulüberwachungsvorrichtung, ein Zellmodul und eine Fahrzeugbatterie bereitzustellen, welche kompakt und kostengünstig gefertigt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zellmodulüberwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Zellmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und eine Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Zellmodulüberwachungsvorrichtung umfasst ein erstes Bauteil, welches eine Auswertungseinheit und eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung umfasst. Weiterhin umfasst die Zellmodulüberwachungsvorrichtung eine zumindest teilweise flexible Trägerplatte, wobei die zumindest teilweise flexible Trägerplatte einen Bereich aufweist, bei dem das erste Bauteil angeordnet ist.
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Unter einer flexiblen Trägerplatte wird insbesondere eine biegsame Trägerplatte verstanden. Durch die Anordnung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung auf einer flexiblen Trägerplatte ist es insbesondere möglich, die Zellmodulüberwachungsvorrichtung auf kompakte und sichere Weise an eine Bordnetzverdrahtung anzubinden, die ebenfalls über flexible Trägerplatten geführt wird. Die Zellmodulüberwachungsvorrichtung kann dann gemeinsam mit der Verdrahtung mit den Zellmodulen kompakt als ein einzelnes Bauteil ausgeführt werden. Hierdurch können wiederum Bauraum und Einzelteile eingespart werden.
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Weiterhin kann es dadurch, dass die erfindungsgemäße Zellmodulüberwachungsvorrichtung das erste Bauteil mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung umfasst, ermöglicht werden, eine drahtlose Kommunikation der Zellmodulüberwachungsvorrichtung mit Vorrichtungen des Fahrzeugs bereitzustellen. Dadurch ist es insbesondere möglich, bisherige Steck- und/oder Kabelverbindungen der Zellmodulüberwachungsvorrichtung, welche zur Verbindung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung mit Vorrichtungen des Fahrzeugs zur Datenübertragung dienen, zu ersetzen. Durch die Anordnung der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung ist es daher vorteilhafterweise möglich, Bauraum zu sparen.
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Die Zellmodulüberwachungsvorrichtung ist insbesondere dazu ausgestaltet, Spannungen und Temperaturen eines Zellmoduls zu erfassen und zu überwachen. Dies geschieht insbesondere über die Auswertungseinheit, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet ist. Der Mikrocontroller wird in der Fahrzeugbatterie dazu verwendet, die Spannungs- und Temperaturüberwachung der Zellmodule durch Steuersignale zu steuern.
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Durch die Integration der Auswertungseinheit mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung in das erste Bauteil, kann auf die Anbringung vieler Einzelteile verzichtet werden. Dadurch wird eine kompakte Bauweise für die Zellmodulüberwachungsvorrichtung bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung ist das erste Bauteil in den Bereich der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte integriert. Dadurch kann vorteilhafterweise die Bauweise der Zellmodulüberwachungsvorrichtung noch kompakter ausgestaltet werden.
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Weiterhin kann der Bereich der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte, bei welchem das erste Bauteil angeordnet ist, starr ausgebildet sein. Die Trägerplatte, die von der Zellmodulüberwachungsvorrichtung umfasst ist, muss daher nicht vollständig flexibel ausgestaltet sein. Durch die starre Ausbildung der Trägerplatte in dem Bereich, in dem das erste Bauteil angeordnet ist, kann insbesondere die Robustheit des Bereichs, in welchem die Elektronik, welche in der Regel sensibel gegenüber Umwelteinflüssen ist, vorteilhafterweise erhöht werden. Um dabei eine sichere und kompakte Bauweise der Zellmodulüberwachungsvorrichtung zu gewährleisten, kann der Bereich, in dem das erste Bauteil angeordnet ist, von einem flexiblen Teil der flexiblen Trägerplatte umgeben sein.
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Die starre Ausgestaltung des Bereichs kann dabei insbesondere über mechanische Verstärkung des Bereichs erreicht werden. Beispielsweise können in dem Bereich mehrere Materialschichten angebracht werden. Dadurch wird die zumindest teilweise flexible Trägerplatte in dem Bereich verstärkt und starr ausgebildet. Alternativ kann der Bereich auch dadurch starr ausgebildet werden, dass eine herkömmliche Platine, auf welcher das erste Bauteil aufgebracht ist, in die zumindest teilweise flexible Trägerplatte integriert wird.
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Die zumindest teilweise flexible Trägerplatte wird dabei insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff ist dabei insbesondere Polyester, Polyethylennaphthalat oder Polyimid. Die Dicke der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte kann dabei insbesondere in einem Bereich von 25 µm bis 75 µm liegen.
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Die zumindest teilweise flexible Trägerplatte kann insbesondere eine FPC-Folie sein. FPC steht hierbei für „flexible printed circuit“. Die Integration des ersten Bauteils in die FPC-Folie kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das erste Bauteil auf die FPC-Folie gedruckt wird. Hierbei entsteht eine besonders kompakt ausgebildete Zellmodulüberwachungsvorrichtung.
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In einer anderen Ausgestaltung umfasst die drahtlose Kommunikationsschnittstelle insbesondere eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit einem Batteriemanagementsystem, einem Fahrzeugbus und/oder einer Benutzerschnittstelle. Es sind dann keine Verbindungsstecker mehr notwendig. Dadurch kann vorteilhafterweise Bauraum eingespart werden. Zudem kann vorteilhafterweise auch darauf verzichtet werden, Lötverbindungen herzustellen. Dadurch, dass auf einen Lötprozess verzichtet werden kann, werden keine ungenügenden Verbindungen hergestellt, die zu Ausfällen des Zellmoduls führen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist in dem Bereich ein zweites und/oder drittes Bauteil angeordnet, wobei das zweite Bauteil eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und/oder das dritte Bauteil einen Ausgleichs-Filter umfasst. Es sind dann vorteilhafterweise alle notwendigen elektronischen Bauteile der erfindungsgemäßen Zellmodulüberwachungsvorrichtung in dem Bereich der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte integriert. Dadurch kann eine kompakte und bauraumsparende Bauweise für die Zellmodulüberwachungsvorrichtung bereitgestellt werden.
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Unter einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, auch als ASIC bezeichnet, wird im Allgemeinen eine elektronische Schaltung verstanden, die als unveränderbarer Schaltkreis ausgestaltet ist. Dies bedeutet, dass eine einmal implementierte Funktion eines ASICs nicht mehr verändert werden kann. Die Integration eines solchen ASICs kann dabei insbesondere in Form eines Mikrochips realisiert werden. Bei Fahrzeugbatterien mit zentraler Kenngrößenerfassung ist das ASIC dazu programmiert, relevante für die Berechnung der aktuellen Leistungsfähigkeit des Batteriesystems benötigte Batteriekenngrößen zu ermitteln, und diese an ein Batteriemanagementsystem zu übermitteln, welche die aktuelle Leistungsfähigkeit berechnet. Bei Fahrzeugbatterien mit dezentraler Kenngrößenerfassung kann das ASIC dazu programmiert sein, die für das Energiemanagement relevante aktuelle Leistungsfähigkeit aus den erfassten verschiedenen Batteriekenngrößen zu ermitteln. Das dritte Bauteil kann beispielsweise als Ausgleichs-Filter ausgestaltet sein. Da sich einzelne Zellmodule der Fahrzeugbatterie beispielsweise in ihrer Kapazität voneinander unterscheiden können, kann es dazu kommen, dass beim Aufladen der Fahrzeugbatterie das Zellmodul mit geringster Kapazität, ihre Ladeendspannung erreicht hat, während andere Zellmodule noch weitergeladen werden müssen, um ihre Ladeendspannung zu erreichen. Bei einem Fortsetzen des Ladevorgangs besteht jedoch die Gefahr, dass das bereits vollständig geladene Zellmodul durch Überladen beschädigt wird. Bei einem Abbruch des Ladevorgangs kann die Fahrzeugbatterie hingegen ihren optimalen Ladezustand nicht erreichen. Um diese Unterschiede auszugleichen, sind in Fahrzeugen Ausgleichs-Systeme, die auch als Balancing-Systeme bezeichnet werden, angeordnet. Diese setzen sich aus Balancing-Widerständen und einem Balancing-Filter zusammen, welche ein gesteuertes Entladen der Zellmodule ermöglichen.
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In einer anderen Ausgestaltung umfasst der Bereich Verbindungsstellen, an welchen Leitungen zur Verbindung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung mit einem Zellmodul befestigbar sind. Die Leitungen können dabei insbesondere ebenfalls in die zumindest teilweise flexible Trägerplatte integriert sein.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Zellmodul für eine Fahrzeugbatterie mit einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung. Das Zellmodul ist dabei mittels Leitungen, die auf einer zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte angeordnet sind, mit der Zellmodulüberwachungsvorrichtung gekoppelt. Dabei kann die Zellmodulüberwachungsvorrichtung in das Zellmodul integriert sein. Dies bedeutet, dass jedes Zellmodul einer Fahrzeugbatterie eine eigene Zellmodulüberwachungsvorrichtung aufweist. Die Kenngrößen eines der Zellmodule einer Fahrzeugbatterie werden dann dezentral erfasst. Durch die Kommunikation mit dem Batteriemanagementsystems des Fahrzeugs können dann die Informationen der Zellmodulüberwachungsvorrichtungen aller Zellmodule zentral verarbeitet werden. Alternativ kann die Zellmodulüberwachungsvorrichtung auch außerhalb des Zellmoduls angeordnet sein. In diesem Fall sind insbesondere alle Zellmodule einer Fahrzeugbatterie mit dieser Zellmodulüberwachungsvorrichtung gekoppelt. Die Kenngrößen der Zellmodule werden in diesem Fall zentral erfasst. Durch die Anordnung einer erfindungsgemäßen Zellmodulüberwachungsvorrichtung in einem Zellmodul einer Fahrzeugbatterie kann eine kompakte und bauraumsparende Integration der Zellmodulüberwachungsvorrichtung in das Zellmodul bereitgestellt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugbatterie mit mehreren Zellmodulen und zumindest einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung. Dabei ist jedes der Zellmodule mittels zumindest einer Leitung, die auf einer zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte angeordnet ist, mit der zumindest einen Zellmodulüberwachungsvorrichtung gekoppelt. Die Leitungen können insbesondere an den Verbindungsstellen der Zellmodulüberwachungsvorrichtung befestigt werden.
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Insbesondere ist für jedes Zellmodul eine Zellmodulüberwachungsvorrichtung angeordnet, wobei jedes Zellmodul mit der ihm zugeordneten Zellmodulüberwachungsvorrichtung mittels zumindest einer Leitung verbunden ist.
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Die zumindest teilweise flexible Trägerplatte kann dann im Bereich der Leitung insbesondere als Flachleiterfolie ausgebildet sein, bei welcher die Leitung als flache Bahn in einer FPC-Folie aufgedruckt ist. Dadurch kann die Verbindung der Zellmodule mit der Zellmodulüberwachungsvorrichtung und die Verbindung der Zellmodule untereinander auf kompakte und bauraumsparende Weise vorgenommen werden.
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Die Leitung ist insbesondere eine Widerstandsleitung, wobei der Widerstand, den die Leitung bereitstellt, mittels des Materials, aus welchem die Leitung gefertigt ist, des Leitungsdurchmessers, der Leitungsbreite und/oder der Leitungsführung auf der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte festgelegt ist. Hierdurch können normalerweise bei der Zellmodulüberwachungsvorrichtung verbaute physische Balancing-Widerstände durch Widerstandsleitungen ersetzt werden. Hierdurch können wiederum Bauraum und Einzelteile eingespart werden. Weiterhin kann die von den Widerstandsleitungen produzierte Wärme leicht über die zumindest teilweise flexible Trägerplatte abgeführt werden.
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Der Widerstand, den die Widerstandsleitung bereitstellt, kann insbesondere durch das verwendete Material festgelegt werden. Die Leitung kann insbesondere ein Draht sein. Mögliche Legierungen für den Draht enthalten dabei vorzugsweise einen hohen Kupferanteil. Beispielsweise wird eine Kupfer-Nickel-, Kupfer-Mangan-, Kupfer-Mangan-Zinn-, Kupfer-Nickel-Eisen-Mangan- oder eine Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung verwendet. Bevorzugt wird jedoch die Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung verwendet, insbesondere in einer Zusammensetzung, bei welcher sich eine Konstantan-Legierung ergibt. Konstantan weist einen über weite Bereiche annähernd konstanten spezifischen elektrischen Widerstand auf. Dadurch, dass der spezifische elektrische Widerstand von Konstantan temperaturunabhängig ist, sind Drähte aus Konstantan besonders gut zum Ersatz von physischen Balancing-Widerständen geeignet.
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Weiterhin kann der Widerstand, den die Leitung bereitstellen soll, über den Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche der Leitung entsprechend gewählt werden. Wird eine Flachleiterfolie verwendet, wird der Widerstand der Leitung über die Breite der Leitung gewählt. Dabei kann eine sehr geringe Dicke in einem Bereich von 10 µm bis 50 µm bei einer Länge in einem Bereich von beispielsweise 0,05 m bis 0,2m realisiert werden. Hieraus ergibt sich dann ein Widerstand für eine Leitung in einem Bereich von 0,1 kΩ bis einschließlich 0,5 kΩ.
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Weiterhin kann der Widerstand, den die Leitung bereitstellen soll, auch dadurch, dass die Leitungen auf eine bestimmte Weise in der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte geführt wird, gewählt werden. Die Leitung kann dabei insbesondere mäanderartig durch die zumindest teilweise flexible Trägerplatte geführt werden.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie sind mehrere Leitungen über die gesamte Fläche der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass von den Leitungen freiwerdende Wärme gleichmäßig über die zumindest teilweise flexible Trägerplatte verteilt wird, wobei die zumindest teilweise flexible Trägerplatte derart bei den Zellmodulen angeordnet ist, dass die mittels der Leitungen erwärmte zumindest teilweise flexible Trägerplatte die Zellmodule heizt. Dabei ist die zumindest teilweise flexible Trägerplatte um die Zellmodule herumgeführt. Hierdurch wird es ermöglicht, dass Energie aus den Zellmodulen in Wärme umgesetzt wird. Durch eine Steuerung des Stroms, der durch die Leitungen geführt wird, kann die von den Leitungen erzeugte Wärme gesteuert werden. Auf diese Weise können die Leitungen eine Heizung für die Fahrzeugbatterie bereitstellen, ohne dass ein separates Heizsystem in die Batterie integriert werden muss. Die Führung um die Zellmodule ist dabei insbesondere mäanderartig. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass jedes Zellmodul von zumindest drei Seiten von der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte umgeben ist. Die zumindest teilweise flexible Trägerplatte kann hierbei direkt an den Zellmodulen anliegen. Dadurch kann eine besonders effektive Heizung der Zellmodule bereitgestellt werden.
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Weiterhin können auf der zumindest teilweise flexiblen Trägerplatte durch die Leitung eine Sicherung bereitgestellt werden. Die Sicherung kann dabei insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass der Durchmesser oder die Breite der Leitung im Bereich der Sicherung reduziert ist gegenüber dem Durchmesser oder der Breite der Leitung, wenn sie nicht im Bereich der Sicherung verläuft. Weiterhin kann auch die Führung der Leitung im Bereich der Sicherung verändert sein. Insbesondere verläuft die Leitung im Sicherungsbereich mäanderartig. Eine solche Sicherung kann dabei vorteilhafterweise herkömmliche Schmelzsicherungen, die durch einen aufwendigen Lötprozess in die Zellmodule eingearbeitet werden müssen, ersetzt werden. Es entfällt daher zunächst der Lötprozess. Insbesondere kann es bei dem Lötprozess für die Schmelzsicherungen dazu kommen, dass eine ungenügende Verbindung zwischen der Schmelzsicherung und den Leitungen hergestellt wird. Dies führt zu einem Ausfall der Balancing-Einheit eines Zellmoduls. Durch die Anordnung der Sicherungen kann dieser Lötprozess entfallen. Es werden daher keine ungenügenden Verbindungen hergestellt, die zu Ausfällen der Balancing-Einheit des Zellmoduls führen. Weiterhin kann das separate Bauteil der Schmelzsicherung eingespart werden. Dies wiederum führt zu einer Reduzierung von Kosten und Bauraum.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Zellmodulüberwachungsvorrichtung,
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung aus 1 in einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug,
- 3 zeigt einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Zellmoduls und die Verbindung des Zellmoduls mit der Zellmodulüberwachungsvorrichtung,
- 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung von Widerstandsleitungen auf einer flexiblen Trägerplatte,
- 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung von Widerstandsleitungen auf der flexiblen Trägerplatte,
- 6 zeigt eine Anordnung mehrerer Zellmodule und der flexiblen Trägerplatte als Heizsystem in einer Fahrzeugbatterie, und
- 7 zeigt eine Anordnung mehrerer Zellmodule und der flexiblen Trägerplatte in einer Fahrzeugbatterie mit einem Wärmeabtransport aus der Fahrzeugbatterie.
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Mit Bezug zu den 1 und 2 wird ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 sowie eine Anordnung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 in einem Fahrzeug 15 erläutert.
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Das Fahrzeug 15 wird dabei zumindest teilweise mittels einer Fahrzeugbatterie 12, welche insbesondere eine Traktionsbatterie ist, angetrieben. Das Fahrzeug 15 ist ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, welches zu einem Teil mittels der Traktionsbatterie 12 und zu einem anderen Teil mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.
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Die Traktionsbatterie 12 umfasst beispielhaft sechs Zellmodule 10. Dabei weist jedes der sechs Zellmodule 10 eine eigene Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 auf. Die Kenngrößen der Zellmodule 10 werden daher dezentral erfasst.
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Die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 umfasst ein erstes Bauteil 4. Das erste Bauteil 4 wiederum umfasst eine Auswertungseinheit 4.1, welche als Mikrocontroller ausgebildet ist.
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Weiterhin umfasst das erste Bauteil 4 eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die sich aus einem Transceiver 4.2 und einer Antenne 4.3 zusammensetzt. Der Transceiver 4.2 und die Antenne 4.3 bilden eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit einem Batteriemanagementsystem 17, dem Fahrzeugbus 13 und einer Benutzerschnittstelle 14 des Fahrzeugs 15.
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Die Benutzerschnittstelle 14 ist dabei als Anzeigefläche ausgestaltet, auf welcher einem Nutzer Informationen zur Fahrzeugbatterie 12 angezeigt werden können. Diese Informationen erhält die Anzeigefläche 14 über die Funkschnittstelle 4.2, 4.3.
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Durch die Funk-Kommunikation der Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 mit dem Batteriemanagementsystem 17 können dann die Informationen des Zellmoduls 10 mit den Informationen anderer Zellmodule 10 gemeinsam verarbeitet werden.
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Die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 umfasst zudem ein zweites 5 und ein drittes Bauteil 6. Das zweite Bauteil 5 ist dabei eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, im Folgenden als ASIC bezeichnet. Das dritte Bauteil 4.3 ist als Balancing-Filter ausgestaltet.
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Weiterhin umfasst die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 eine flexible Trägerplatte 2. Die flexible Trägerplatte 2 ist dabei aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyester, Polyethylennaphthalat oder Polyimid gefertigt. Die Dicke der flexiblen Trägerplatte liegt in einem Bereich von 25 bis 75 µm. Die flexible Trägerplatte 2 ist insbesondere eine FPC-Folie (FPC = flexible printed circuit).
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Die FPC-Folie 2 weist weiterhin einen Bereich 3 auf, in welchem das erste 4, zweite 5 und dritte Bauteil 6 integriert sind. Der Bereich 3 ist dabei starr ausgestaltet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Bereich 3, welcher sensible elektronische Bauteile umfasst, robust gegenüber Umwelteinflüssen ausgestaltet werden kann. Der Bereich 3 wird beispielsweise durch mechanische Verstärkung starr ausgebildet. In diesem Fall werden bei der FPC-Folie 2 bei dem Bereich 3 zusätzliche Materialschichten verklebt, welche den Bereich 3 verstärken. Die Bauteile 4 bis 6 können dann in dem Bereich 3 auf die FPC-Folie 2 gedruckt werden. Die FPC-Folie 9 ist daher nicht vollständig flexibel, sondern teilweise flexibel ausgebildet.
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In einer anderen Ausgestaltung ist der Bereich 3 jedoch als herkömmliche Platine ausgestaltet, die in die flexible Trägerplatte 2 integriert ist, und welche die Bauteile 4 bis 6 umfasst.
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Der Bereich 3 umfasst zudem Verbindungsstellen 7, an welchen Leitungen 8 zur Verbindung der Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 mit einem Zellmodul 10 der Fahrzeugbatterie 12, befestigt werden können.
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Die Leitungen 8 werden dabei in die FPC-Folie 2 integriert, indem sie auf die FPC-Folie 2 als flache Bahnen aufgedruckt werden. Im Bereich der Leitungen 8 ist die FPC-Folie 2 als sogenannte Flachleiterfolie 2' ausgestaltet.
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Mit Bezug zu 3 wird ein Ausführungsbeispiel eines Zellmoduls 10, wie es in der Fahrzeugbatterie 12 angeordnet ist, erläutert.
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Bei dem Zellmodul 10 handelt es sich insbesondere um ein Zellmodul 10 mit dezentraler Kenngrößenerfassung, in welches die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 integriert ist. Die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 ist dabei insbesondere in einem unteren Bereich des Zellmoduls 10 angeordnet.
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An den Verbindungsstellen 7 des Bereichs 3 der FPC-Folie 2 sind Leitungen 8 angebracht, die sich nach oben in das Innere des Zellmoduls 10 erstrecken.
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Das Zellmodul 10 umfasst Verbindungselemente 11, zur Verbindung des Zellmoduls 10 mit benachbart angeordneten Zellmodulen 10. Die Verbindungselemente 11 sind dabei Kupferschienen, die ebenfalls auf der FPC-Folie 2 integriert sind.
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Vor jedem Verbindungselement 11 ist zudem eine Sicherung 9 angeordnet. Die bereitgestellte Sicherung 9 wird dabei insbesondere von der Breite der Leitungen 8 und/oder der Führung der Leitungen 8 auf der Flachleiterfolie 2' definiert. Die Breite der Leitungen 8 ist dabei im Bereich der Sicherung 9 kleiner als die Breite der Leitungen 8 in den Bereichen, die nicht als Sicherung 9 dienen. Alternativ oder zusätzlich werden die Leitungen 8 im Sicherungsbereich mäanderartig geführt. Hierdurch können herkömmliche Schmelzsicherungen, die durch einen aufwendigen Lötprozess in die Zellmodule 10 eingearbeitet werden, ersetzt werden.
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Weiterhin können die Leitungen 8 als Widerstandsleitungen ausgeführt sein. Hierdurch können physische Balancing-Widerstände, welche einen Ausgleich zwischen den Spannungen einzelner Zellmodule 10 herstellen, ersetzt werden.
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Dabei kann, wie in 4 gezeigt, jede Leitung 8 eine andere Breite aufweisen. Alternativ oder zusätzlich werden die Leitungen 8, wie in 5 gezeigt, mäanderartig durch die Flachleiterfolie 2' geführt. Dabei führt insbesondere die aus der Mäanderführung der Leitung resultierende Leitungslänge zu unterschiedlichen Widerständen.
Weiterhin kann das Material, aus welchem die Widerstandsleitungen 8 gefertigt sind, den Widerstand der Widerstandsleitungen 8 festlegen. Die Widerstandsleitungen 8 sind insbesondere Drähte aus Konstantan.
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In einer anderen Ausgestaltung ist die Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 nicht in das Zellmodul integriert, sondern außerhalb des Zellmoduls 10 angeordnet. In diesem Fall sind alle in der Fahrzeugbatterie 12 vorhandenen Zellmodule 10 mit der Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1 über die Flachleiterfolie 2' mittels Widerstandsleitungen 8 verbunden.
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Mit Bezug zu den 5 und 6 wird ein Heizsystem für die Fahrzeugbatterie 12 erläutert. Die Erfassung der Kenngrößen der in 6 gezeigten Fahrzeugbatterie 12 erfolgt dabei zentral mit lediglich einer Zellmodulüberwachungsvorrichtung 1.
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Die Widerstandsleitungen 8 werden dabei gleichmäßig über die Flachleiterfolie 2' verteilt angeordnet. Durch den Strom, der durch die Widerstandsleitungen 8 geleitet wird, werden diese erwärmt. Die erzeugte Wärme wird über die Flachleiterfolie 2' abgeführt.
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Im Vergleich zu Zellmodulüberwachungsvorrichtungen 1 mit physischen Widerständen, kann ein deutlich höherer Balancing-Strom durch die Widerstandsleitungen 8 geführt werden, da diese durch den Abtransport der Wärme über die Flachleiterfolie 2' deutlich mehr Wärme abführen können.
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Diese Wärme kann gleichzeitig dazu verwendet werden, die Zellmodule 10 bei niedrigen Temperaturen zu wärmen. Hierzu wird die Flachleiterfolie 2' mit den gleichmäßig verteilten Widerstandsleitungen 8 mäanderartig um die Zellmodule 10 herumgeführt, wie dies in 6 gezeigt ist. Hierdurch kann jedes Zellmodul 10 von drei Seiten von der Flachleiterfolie 2' umgeben sein. Die von der Flachleiterfolie 2' abgeführte Wärme kann so direkt an die Zellmodule 10 weitergegeben werden.
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Weiterhin kann Wärme, die nicht an die Zellmodule 10 weitergegeben wird, durch einen Freiraum aus der Fahrzeugbatterie 12 geleitet werden. Dies ist in 7 mittels des Pfeiles 16 angedeutet.
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Das Heizsystem der 5 bis 7 kann auch bei einer Fahrzeugbatterie 12mit dezentraler Kenngrößenerfassung, verwendet werden. Hierzu können die Zellmodule 10 dann mittels einer Flachleiterfolie 2' miteinander verbunden werden, die wiederum mäanderartig um die Zellmodule 10 geführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zellmodulüberwachungsvorrichtung
- 2
- flexible Trägerplatte; FPC-Folie
- 2'
- Flachleiterfolie
- 3
- Bereich; Platine
- 4
- erstes Bauteil
- 4.1
- Mikrocontroller
- 4.2
- Transceiver
- 4.3
- Antenne
- 5
- zweites Bauteil; ASIC
- 6
- drittes Bauteil; Balancing Filter
- 7
- Verbindungspunkte
- 8
- Leitungen
- 9
- Widerstand
- 10
- Zellmodul
- 11
- Verbindungselement
- 12
- Fahrzeugbatterie
- 13
- Fahrzeugbus
- 14
- Benutzerschnittstelle
- 15
- Fahrzeug
- 16
- Wärmeabfuhr
- 17
- Batteriemanagementsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202601 A1 [0003]
- WO 2013/066926 A1 [0004]