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DE102018219892A1 - Battery system for a motor vehicle and method for operating a battery system - Google Patents

Battery system for a motor vehicle and method for operating a battery system Download PDF

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DE102018219892A1
DE102018219892A1 DE102018219892.6A DE102018219892A DE102018219892A1 DE 102018219892 A1 DE102018219892 A1 DE 102018219892A1 DE 102018219892 A DE102018219892 A DE 102018219892A DE 102018219892 A1 DE102018219892 A1 DE 102018219892A1
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DE
Germany
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battery module
poles
current flow
temperature control
control device
Prior art date
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Pending
Application number
DE102018219892.6A
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German (de)
Inventor
Fabian Hauser
Stefan Teusch
Mehmet Inan
Manuel Hohenauer
Manuel Mangold
Daniel Groezinger
Ulrich Schuetterle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2019/080920 priority patent/WO2020104237A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Batteriemodul (5), eine Schalteinheit (60), welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul (5) geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung (75) zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls (5). Dabei ist ein Ladeschalter (71) elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung (75) geschaltet ist, und die Schalteinheit (60) und der Ladeschalter (71) sind derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem ersten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, und dass in einem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (10) an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a battery system (10) for a motor vehicle, comprising a negative pole (21), a positive pole (22), a battery module (5), a switching unit (60), which is electrically in series with the at least one battery module (5). is switched, and a temperature control device (75) for temperature control of the at least one battery module (5). A charging switch (71) is connected electrically in series with the temperature control device (75), and the switching unit (60) and the charging switch (71) are arranged and controllable in such a way that a current flow between the batteries in a first operating state of the battery system (10) two poles (21, 22) is made possible by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) for charging the battery module (5) is prevented, and that in a second operating state of the battery system (10) Current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) is made possible for charging the battery module (5). The invention also relates to a method for operating a battery system (10) according to the invention on an electrical system (50) of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol, einen positiven Pol, ein Batteriemodul, eine Schalteinheit, welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Generator mit beiden Polen elektrisch verbunden ist.The invention relates to a battery system for a motor vehicle, comprising a negative pole, a positive pole, a battery module, a switching unit which is electrically connected in series with the at least one battery module, and a temperature control device for temperature control of the at least one battery module. The invention also relates to a method for operating a battery system according to the invention on an electrical system of a motor vehicle, a generator being electrically connected to both poles.

Stand der TechnikState of the art

Konventionelle Kraftfahrzeuge weisen einen Antrieb auf, welcher üblicherweise einen Verbrennungsmotor umfasst. Ferner umfassen konventionelle Kraftfahrzeuge ein Batteriesystem zur Versorgung eines Anlassers und weiterer Verbraucher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie sowie einen Generator zum Laden des Batteriesystems. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst mindestens ein Batteriemodul und eine Schalteinheit, mittels der das Batteriemodul zugeschaltet sowie abgeschaltet werden kann. Das Batteriemodul weist dabei mehrere Batteriezellen auf. Ferner ist ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der Batteriezellen des Batteriemoduls vorgesehen.Conventional motor vehicles have a drive, which usually comprises an internal combustion engine. Furthermore, conventional motor vehicles include a battery system for supplying a starter and other consumers of the motor vehicle with electrical energy, and a generator for charging the battery system. A generic battery system comprises at least one battery module and a switching unit, by means of which the battery module can be switched on and off. The battery module has several battery cells. A management system for controlling and monitoring the battery cells of the battery module is also provided.

Wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist kann ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen. Ein gattungsgemäßes Batteriesystem umfasst daher auch eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls.If the battery module has a relatively low temperature, charging the battery module can damage the battery cells of the battery module. A generic battery system therefore also includes a temperature control device for temperature control of the at least one battery module.

Dokument DE 10 2014 111 517 A1 offenbart ein Fahrzeug, welches eine elektrische Maschine, einen elektrischen Energiespeicher und ein Heizelement aufweist. Das Heizelement dient dabei zum Erwärmen des elektrischen Energiespeichers. Die elektrische Maschine kann in einem Generatormodus betrieben werden, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, mit welcher der elektrische Energiespeicher geladen werden kann. In bestimmten Situationen kann das Heizelement temporär zugeschaltet werden, so dass der Generator auch das Heizelement speist.document DE 10 2014 111 517 A1 discloses a vehicle having an electrical machine, an electrical energy store and a heating element. The heating element is used to heat the electrical energy store. The electrical machine can be operated in a generator mode, as a result of which electrical energy is generated with which the electrical energy store can be charged. In certain situations, the heating element can be switched on temporarily so that the generator also feeds the heating element.

Dokument DE 10 2011 077 264 A1 offenbart eine Energiespeichereinrichtung, welche mehrere Energiespeichermodule umfasst, welche Heizelemente aufweisen. Die Heizelemente dienen dabei zum Erwärmen der Energiezellen der Energiespeichermodule, bis deren Temperaturen eine Betriebstemperaturschwelle erreicht haben.document DE 10 2011 077 264 A1 discloses an energy storage device which comprises a plurality of energy storage modules which have heating elements. The heating elements serve to heat the energy cells of the energy storage modules until their temperatures have reached an operating temperature threshold.

Dokument DE 10 2016 222 796 A1 offenbart eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, welche Feststoffelektrolytzellen aufweisen. Den Batteriezellen sind Heizelemente zugeordnet, welche zum Erwärmen der Batteriezellen dienen.document DE 10 2016 222 796 A1 discloses a battery with a plurality of battery cells having solid electrolyte cells. The battery cells are assigned heating elements which serve to heat the battery cells.

Dokument DE 10 2016 011 014 A1 beschreibt ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers. Das Verfahren weist ein Einleiten eines Ladevorgangs zum Laden des elektrischen Energiespeichers auf. Dabei ist ein teilweises Entladen des elektrischen Energiespeichers vorgesehen, um eine Temperaturänderung an dem elektrischen Energiespeichers zu bewirken. Aus D1 geht hervor, dass eine Schaltereinrichtung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers verwendet wird. Durch die Schaltereinrichtung, welche von einem BMS gesteuert wird, wird der elektrische Energiespeicher kurzgeschlossen. Mit dem Kurzschlussstrom wird das Batteriemodul aufgrund des hohen Innenwiderstands aufgeheizt.document DE 10 2016 011 014 A1 describes a method for charging an electrical energy store. The method comprises initiating a charging process for charging the electrical energy store. A partial discharge of the electrical energy store is provided in order to bring about a temperature change in the electrical energy store. Out D1 shows that a switch device is used to charge the electrical energy storage. The electrical energy store is short-circuited by the switch device, which is controlled by a BMS. The short-circuit current heats up the battery module due to the high internal resistance.

Dokument DE 10 2012 205 095 A1 betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils ein Energiespeicherzellenmodul, welches mindestens eine Energiespeicherzelle aufweist, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken. Dabei werden die Batteriezellen durch hochfrequentes, wechselseitiges Transferieren von elektrischer Energie von einem Energiespeichermodul in ein anderes Energiespeichermodul aufgeheizt.document DE 10 2012 205 095 A1 relates to a method for heating energy storage cells of an energy storage device with a plurality of energy storage modules connected in series in an energy supply line, each of which comprises an energy storage cell module which has at least one energy storage cell and a coupling device with coupling elements which are designed to selectively place the energy storage cell module in the energy supply line to switch or bridge. The battery cells are heated by high-frequency, mutual transfer of electrical energy from one energy storage module to another energy storage module.

Dokument DE 10 2014 110 380 A1 betrifft eine Steuerung einer Batterie und entsprechende Vorrichtungen und Verfahren. 1A bis 1C der D1 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Batterieblocks, welcher mit einer Batteriezelle versehen ist. Die Batteriezelle kann unter Verwendung einer Schalteranordnung selektiv zwischen einem ersten Verbindungsknoten und einem zweiten Verbindungsknoten des Batterieblocks gekoppelt werden.document DE 10 2014 110 380 A1 relates to a control of a battery and corresponding devices and methods. 1A to 1C D1 each show a schematic representation of a battery block which is provided with a battery cell. The battery cell can be selectively coupled between a first connection node and a second connection node of the battery block using a switch arrangement.

Dokument DE 10 2010 041 068 A1 beschreibt ein System zum Laden mindestens einer Energiespeicherzelle in einem steuerbaren Energiespeicher, welcher der Steuerung und der elektrischen Energieversorgung einer n-phasigen elektrischen Maschine, mit n ≥ 1, dient. 2 bis 4 zeigen jeweils einen steuerbaren Energiespeicher, welcher mindestens ein Energiespeichermodul umfasst. Das mindestens eine Energiespeichermodul weist mindestens eine Energiespeicherzelle und zwei Schalter auf.document DE 10 2010 041 068 A1 describes a system for charging at least one energy storage cell in a controllable energy storage device, which is used to control and supply electrical energy to an n-phase electrical machine with n ≥ 1. 2nd to 4th each show a controllable energy store, which comprises at least one energy storage module. The at least one energy storage module has at least one energy storage cell and two switches.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst einen negativen Pol, einen positiven Pol, ein Batteriemodul, eine Schalteinheit, welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls.A battery system for a motor vehicle is proposed. The battery system includes a negative pole, a positive pole, a battery module, a switching unit which is electrically connected in series with the at least one battery module, and a temperature control device for temperature control of the at least one battery module.

Das Batteriemodul weist mehrere Batteriezellen auf, die innerhalb des Batteriemoduls sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltetet sein können. Das Batteriemodul umfasst ferner ein negatives Terminal und ein positives Terminal. Zwischen dem negativen Terminal und dem positiven Terminal liegt eine von den Batteriezellen des Batteriemoduls gelieferte Spannung an.The battery module has a plurality of battery cells which can be connected to one another both in series and in parallel within the battery module. The battery module also includes a negative terminal and a positive terminal. A voltage supplied by the battery cells of the battery module is present between the negative terminal and the positive terminal.

Erfindungsgemäß ist ein Ladeschalter elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung geschaltet. Die Schalteinheit und der Ladeschalter sind derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem ersten Betriebszustand des Batteriesystems ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls verhindert ist. Die Schalteinheit und der Ladeschalter sind ferner derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls ermöglicht ist.According to the invention, a charging switch is electrically connected in series with the temperature control device. The switching unit and the charging switch are arranged and controllable in such a way that in a first operating state of the battery system, a current flow between the two poles is made possible by the temperature control device, while a current flow between the two poles for charging the battery module is prevented. The switching unit and the charging switch are further arranged and controllable in such a way that in a second operating state of the battery system, current flow between the two poles is prevented by the temperature control device, while current flow between the two poles is made possible for charging the battery module.

In dem ersten Betriebszustand des Batteriesystems ist die Temperiereinrichtung somit mit beiden Polen elektrisch verbunden, so dass ein Strom von dem einen Pol durch die Temperiereinrichtung zu dem anderen Pol fließen kann, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das Batteriemodul abgibt. Dadurch findet beispielsweise eine Erwärmung des Batteriemoduls statt. Der erste Betriebszustand wird vorteilhaft dann gewählt, wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen kann.In the first operating state of the battery system, the temperature control device is thus electrically connected to both poles, so that a current can flow from one pole through the temperature control device to the other pole, as a result of which the temperature control device generates heat and emits it to the battery module, for example. As a result, the battery module is heated, for example. The first operating state is advantageously selected when the battery module has a relatively low temperature at which charging the battery module can cause damage to the battery cells of the battery module.

In dem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems ist die Temperiereinrichtung von mindestens einem der beiden Pole elektrisch getrennt. Der zweite Betriebszustand wird vorteilhaft dann gewählt, wenn das Batteriemodul eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls keine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursacht. Das Batteriemodul kann also in dem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems aufgeladen werden.In the second operating state of the battery system, the temperature control device is electrically isolated from at least one of the two poles. The second operating state is advantageously selected when the battery module has a sufficiently high temperature at which charging the battery module does not cause damage to the battery cells of the battery module. The battery module can therefore be charged in the second operating state of the battery system.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperiereinrichtung als elektrisches Heizelement ausgestaltet.According to an advantageous embodiment of the invention, the temperature control device is designed as an electrical heating element.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperiereinrichtung als elektrisches Kühlelement ausgestaltet.According to an advantageous embodiment of the invention, the temperature control device is designed as an electrical cooling element.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls ermöglicht ist. Der erste Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.The switching unit is preferably designed and controllable in such a way that in a first switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging and discharging the battery module is prevented, and that in a second switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging and for Discharge of the battery module is made possible. The first switching state of the switching unit can be selected to produce the first operating state of the battery system. The second switching state of the switching unit can be selected to produce the second operating state of the battery system.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit auch derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem dritten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls ermöglicht ist. Der dritte Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.The switching unit is preferably also designed and controllable in such a way that in a third switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging the battery module is prevented, while a current flow between the two poles for discharging the battery module is made possible. The third switching state of the switching unit can be selected to produce the first operating state of the battery system.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit ferner derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem vierten Schaltzustand der Schalteinheit ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls verhindert ist. Der vierte Schaltzustand der Schalteinheit kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.The switching unit is preferably also designed and controllable in such a way that in a fourth switching state of the switching unit a current flow between the two poles for charging the battery module is made possible, while a current flow between the two poles for discharging the battery module is prevented. The fourth switching state of the switching unit can be selected to produce the second operating state of the battery system.

Ein Strom zum Aufladen des Batteriemoduls sowie ein Strom zum Entladen des Batteriemoduls fließt dabei von dem einen Pol durch die Schalteinheit und durch das Batteriemodul zu dem anderen Pol. Die Schalteinheit ist dabei elektrisch insbesondere zwischen einem der Pole und einem der Terminals des Batteriemoduls angeordnet.A current for charging the battery module and a current for discharging the battery module flows from one pole through the switching unit and through the battery module to the other pole. The switching unit is arranged electrically, in particular between one of the poles and one of the terminals of the battery module.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinheit zwei elektrisch seriell geschaltete ansteuerbare Schalter auf, wobei jeweils eine Diode elektrisch parallel zu jedem der beiden Schalter geschaltet ist. Dabei sind die beiden Dioden elektrisch antiseriell geschaltet. Das bedeutet, dass eine der beiden Dioden für einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls durchlässig ist und einen Stromfluss zum Entladen sperrt, während die andere der beiden Dioden für einen Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls durchlässig ist und einen Stromfluss zum Aufladen sperrt.According to an advantageous embodiment of the invention, the switching unit has two electrically serially controllable switches, one diode being electrically connected in parallel to each of the two switches. The two diodes are electrically connected in series. This means that one of the two diodes is permeable to a current flow for charging the battery module and blocks a current flow for discharging while the other of the two diodes is permeable to a current flow for discharging the battery module and blocks a current flow for charging.

Bei den Schaltern handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden parallel zu den MOSFET-Transistoren zu schalten. Bei den Schaltern kann es sich beispielsweise auch um ansteuerbare Relais handeln.The switches are, for example, semiconductor switches, in particular MOSFET transistors. The diodes can be body diodes belonging to the MOSFET transistors. However, it is also conceivable to connect discrete diodes in parallel to the MOSFET transistors. The switches can also be controllable relays, for example.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ladeschalter derart ausgebildet und ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand des Ladeschalters ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist. Der erste Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the charging switch is designed and controllable in such a way that a current flow between the two poles through the temperature control device is made possible in a first switching state of the charging switch, and that a current flow between the two poles through the temperature control device in a second switching state of the charging switch is prevented. The first switching state of the charging switch can be selected to produce the first operating state of the battery system. The second switching state of the charging switch can be selected to produce the second operating state of the battery system.

Der Ladeschalter ist dazu beispielsweise als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. In dem ersten Schaltzustand verbindet der Ladeschalter die Temperiereinrichtung elektrisch mit den Polen, und in dem zweiten Schaltzustand trennt der Ladeschalter die Temperiereinrichtung elektrisch von einem der beiden Pole. Bei dem Ladeschalter handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais.For this purpose, the charging switch is designed, for example, as an on / off switch. In the first switching state, the charging switch electrically connects the temperature control device to the poles, and in the second switching state, the charging switch electrically separates the temperature control device from one of the two poles. The charging switch is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ladeschalter als Wechselschalter ausgebildet. Dabei ist der Ladeschalter derart ansteuerbar, dass in einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul ermöglicht ist. Der erste Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des ersten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden. Der zweite Schaltzustand des Ladeschalters kann zur Herstellung des zweiten Betriebszustands des Batteriesystems gewählt werden.According to another advantageous embodiment of the invention, the charging switch is designed as a changeover switch. The charging switch can be controlled in such a way that in a first switching state of the charging switch a current flow between the two poles is made possible by the temperature control device, while a current flow between the two poles is prevented by the battery module, and that in a second switching state a current flow between the two Poles is prevented by the temperature control device, while a current flow between the two poles is made possible by the battery module. The first switching state of the charging switch can be selected to produce the first operating state of the battery system. The second switching state of the charging switch can be selected to produce the second operating state of the battery system.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Hilfsschalter derart angeordnet und ansteuerbar, dass in einem dritten Betriebszustand des Batteriesystems ein Stromfluss von dem Batteriemodul durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist. Vorzugsweise sind die Temperiereinrichtung und das Batteriemodul in dem dritten Betriebszustand des Batteriesystems von mindestens einem der beiden Pole elektrisch getrennt. In dem dritten Betriebszustand des Batteriesystems liefert somit das Batteriemodul selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das Batteriemodul abgibt. Bei dem Hilfsschalter handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais.According to an advantageous development of the invention, an auxiliary switch is arranged and controllable in such a way that a current flow from the battery module through the temperature control device is made possible in a third operating state of the battery system. The temperature control device and the battery module are preferably electrically isolated from at least one of the two poles in the third operating state of the battery system. In the third operating state of the battery system, the battery module itself supplies a current to the temperature control device, as a result of which the temperature control device generates, for example, heat and emits it to the battery module. The auxiliary switch is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay.

Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Batteriesystems an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Dabei ist ein Generator des Kraftfahrzeugs mit beiden Polen des Batteriesystems elektrisch verbunden.A method for operating a battery system according to the invention on an electrical system of a motor vehicle is also proposed. A generator of the motor vehicle is electrically connected to both poles of the battery system.

Erfindungsgemäß wird, wenn der Generator einen Generatorstrom liefert, und wenn eine Temperatur des Batteriemoduls einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, das Batteriesystem in den ersten Betriebszustand geschaltet. In dem ersten Betriebszustand des Batteriesystems fließt der Generatorstrom durch die Temperiereinrichtung. Dadurch erzeugt die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme und gibt diese an das Batteriemodul ab. Dadurch findet beispielsweise eine Erwärmung des Batteriemoduls statt. Der erste Betriebszustand wird also gewählt, wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, welche den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen kann.According to the invention, when the generator supplies a generator current and when a temperature of the battery module falls below a predetermined limit value, the battery system is switched to the first operating state. In the first operating state of the battery system, the generator current flows through the temperature control device. As a result, the temperature control device generates heat, for example, and emits it to the battery module. As a result, the battery module is heated, for example. The first operating state is therefore selected when the battery module has a relatively low temperature which falls below the predetermined limit value at which charging the battery module can cause damage to the battery cells of the battery module.

Wenn der Generator einen Generatorstrom liefert, und wenn die Temperatur des Batteriemoduls den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird das Batteriesystem in den zweiten Betriebszustand geschaltet. In dem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems fließt der Generatorstrom durch das Batteriemodul. Dadurch wird das Batteriemodul aufgeladen. Der zweite Betriebszustand wird also gewählt, wenn das Batteriemodul eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, welche den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls keine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursacht.If the generator supplies a generator current and if the temperature of the battery module exceeds the predetermined limit value, the battery system is switched to the second operating state. In the second operating state of the battery system, the generator current flows through the battery module. This will charge the battery module. The second operating state is therefore selected when the battery module has a sufficiently high temperature that exceeds the predetermined limit value at which charging the battery module does not damage the battery cells of the battery module.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls verhindert ist. Die Schalteinheit wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet.According to an advantageous embodiment of the invention, the switching unit is controlled to switch the battery system into the first operating state in such a way that current flow between the two poles for charging and discharging the battery module is prevented. The switching unit is therefore switched to the first switching state.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Aufladen des Batteriemoduls verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen zum Entladen des Batteriemoduls ermöglicht ist. Die Schalteinheit wird also in den dritten Schaltzustand geschaltet. According to another advantageous embodiment of the invention, the switching unit is controlled to switch the battery system into the first operating state in such a way that a current flow between the two poles for charging the battery module is prevented, while a current flow between the two poles for discharging the battery module is made possible. The switching unit is therefore switched to the third switching state.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist. Der Ladeschalter wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet. Zum Schalten des Batteriesystems in den zweiten Betriebszustand wird der Ladeschalter derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist. Der Ladeschalter wird also in den zweiten Schaltzustand geschaltet. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere angewendet werden, wenn der Ladeschalter als Ein/Aus-Schalter ausgebildet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the charging switch is activated to switch the battery system into the first operating state in such a way that a current flow between the two poles is made possible by the temperature control device. The charging switch is therefore switched to the first switching state. To switch the battery system into the second operating state, the charging switch is controlled in such a way that current flow between the two poles through the temperature control device is prevented. The charge switch is therefore switched to the second switching state. This embodiment of the invention can be used in particular if the charging switch is designed as an on / off switch.

Wenn der Ladeschalter als Wechselschalter ausgebildet ist, so wird zum Schalten des Batteriesystems in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter vorzugsweise derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul verhindert ist. Der Ladeschalter wird also in den ersten Schaltzustand geschaltet. Zum Schalten des Batteriesystems in den zweiten Betriebszustand wird der Ladeschalter vorzugsweise derart angesteuert, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch die Temperiereinrichtung verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen durch das Batteriemodul ermöglicht ist. Der Ladeschalter wird also in den zweiten Schaltzustand geschaltet.If the charging switch is designed as a two-way switch, the charging switch is preferably controlled to switch the battery system into the first operating state in such a way that a current flow between the two poles is made possible by the temperature control device, while a current flow between the two poles is prevented by the battery module. The charging switch is therefore switched to the first switching state. To switch the battery system into the second operating state, the charging switch is preferably controlled in such a way that current flow between the two poles is prevented by the temperature control device, while current flow between the two poles is made possible by the battery module. The charge switch is therefore switched to the second switching state.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird, wenn der Generator keinen Generatorstrom liefert und eine Temperatur des Batteriemoduls den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, das Batteriesystem in einen dritten Betriebszustand geschaltet, in welchem ein Stromfluss von dem Batteriemodul durch die Temperiereinrichtung ermöglicht ist. In dem dritten Betriebszustand des Batteriesystems liefert somit das Batteriemodul somit selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung, wodurch die Temperiereinrichtung beispielsweise Wärme erzeugt und an das Batteriemodul abgibt, wodurch das Batteriemodul beispielsweise erwärmt wird.According to an advantageous development of the invention, if the generator does not supply any generator current and a temperature of the battery module falls below the predetermined limit value, the battery system is switched to a third operating state in which current flow from the battery module through the temperature control device is made possible. In the third operating state of the battery system, the battery module thus itself supplies a current to the temperature control device, as a result of which the temperature control device generates, for example, heat and emits it to the battery module, as a result of which the battery module is heated, for example.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, ist vorteilhaft sichergestellt, dass das Batteriemodul nicht geladen wird, wenn das Batteriemodul eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls eine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls verursachen kann. Ein von einem Generator des Kraftfahrzeugs gelieferter Generatorstrom kann jedoch vorteilhaft genutzt werden, um die Temperiereinrichtung zum Beheizen oder zum Kühlen des Batteriemoduls zu versorgen. Wenn das Batteriemodul dann eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, bei der ein Aufladen des Batteriemoduls keine Schädigung der Batteriezellen des Batteriemoduls mehr verursacht, kann das Batteriemodul von dem Generatorstrom aufgeladen werden. Die Zellen des Batteriemoduls können somit in verkürzter Zeit auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt werden, und damit kann der Ladevorgang des Batteriemoduls bereits zu einem früheren Zeitpunkt beginnen. Eine Schädigung der Batteriezellen durch ein Aufladen bei zu geringer Temperatur ist vorteilhaft vermieden. Der optionale Hilfsschalter ermöglicht dabei zusätzlich eine Erwärmung des Batteriemoduls, wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet ist und der Generator keinen Generatorstrom liefert. Das erfindungsgemäße Batteriesystem ist besonders vorteilhaft in Regionen nutzbar, in denen verhältnismäßig geringe Umgebungstemperaturen herrschen.In a battery system according to the invention, which is operated according to the method according to the invention, it is advantageously ensured that the battery module is not charged if the battery module has a relatively low temperature at which charging the battery module can cause damage to the battery cells of the battery module. However, a generator current supplied by a generator of the motor vehicle can advantageously be used to supply the temperature control device for heating or cooling the battery module. If the battery module then has a sufficiently high temperature at which charging the battery module no longer causes damage to the battery cells of the battery module, the battery module can be charged by the generator current. The cells of the battery module can thus be heated to a sufficiently high temperature in a shorter time, and the charging process of the battery module can thus begin at an earlier point in time. Damage to the battery cells due to charging at too low a temperature is advantageously avoided. The optional auxiliary switch additionally enables the battery module to be heated when the internal combustion engine of the motor vehicle is switched off and the generator does not supply any generator current. The battery system according to the invention can be used particularly advantageously in regions in which there are relatively low ambient temperatures.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit.
Show it:
  • 1 1 shows a schematic representation of a battery system according to a first embodiment on an electrical system of a motor vehicle,
  • 2nd a schematic representation of a battery system according to a second embodiment on an electrical system of a motor vehicle and
  • 3rd a schematic representation of a switching unit.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The Figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Als Bordnetz 50 werden in diesem Zusammenhang die spannungsführenden Versorgungsleitungen in dem Kraftfahrzeug bezeichnet. Das Bordnetz 50 weist vorliegend eine Nominalspannung von 12 Volt gegenüber einer Masseleitung 55 in dem Kraftfahrzeug auf. Das Kraftfahrzeug weist auch einen Generator 52 auf, welcher mit dem Bordnetz 50 und mit der Masseleitung 55 elektrisch verbunden ist. 1 shows a schematic representation of a battery system 10th according to a first embodiment on an electrical system 50 of a motor vehicle, not shown here. As an electrical system 50 the live supply lines in the motor vehicle are referred to in this context. The electrical system 50 in the present case has a nominal voltage of 12 volts in relation to a ground line 55 in the motor vehicle. The motor vehicle also has a generator 52 on which with the electrical system 50 and with the ground line 55 is electrically connected.

Das Batteriesystem 10 umfasst einen positiven Pol 22, welcher mit dem Bordnetz 50 elektrisch verbunden ist. Das Batteriesystem 10 umfasst auch einen negativen Pol 21, welcher mit der Masseleitung 55 elektrisch verbunden ist. Der Generator 52 ist somit auch mit dem positiven Pol 22 sowie mit dem negativen Pol 21 des Batteriesystems 10 elektrisch verbunden.The battery system 10th includes a positive pole 22 which is connected to the electrical system 50 is electrically connected. The battery system 10th also includes a negative pole 21st which with the ground wire 55 is electrically connected. The generator 52 is also with the positive pole 22 as well as with the negative pole 21st of the battery system 10th electrically connected.

Das Batteriesystem 10 umfasst ein Batteriemodul 5, welches mehrere Batteriezellen aufweist, welche beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführt sind. Die Batteriezellen sind beispielsweise in Serie geschaltet und liefern eine Nominalspannung von 12 Volt. Zwischen einem negativen Terminal 11 und einem positiven Terminal 12 des Batteriemoduls 5 liegt die von den besagten Batteriezellen gelieferte Nominalspannung von 12 Volt an. Das negative Terminal 11 des Batteriemoduls 5 ist mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden.The battery system 10th includes a battery module 5 , which has a plurality of battery cells, which are designed, for example, as lithium-ion cells. The battery cells are connected in series, for example, and supply a nominal voltage of 12 volts. Between a negative terminal 11 and a positive terminal 12 of the battery module 5 the nominal voltage of 12 volts supplied by said battery cells is present. The negative terminal 11 of the battery module 5 is with the negative pole 21st electrically connected.

Das Batteriesystem 10 umfasst auch eine Schalteinheit 60, welche elektrisch seriell zu dem Batteriemodul 5 geschaltet ist. Die Schalteinheit 60 ist dabei mit dem positiven Terminal 12 des Batteriemoduls 5 und mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Die Schalteinheit 60 kann vorliegend in vier verschiedene Schaltzustände geschaltet werden.The battery system 10th also includes a switching unit 60 which are electrically serial to the battery module 5 is switched. The switching unit 60 is with the positive terminal 12 of the battery module 5 and with the positive pole 22 electrically connected. The switching unit 60 can be switched to four different switching states.

In einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls 5 verhindert. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls 5 ermöglicht. In einem dritten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen des Batteriemoduls 5 verhindert, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Entladen des Batteriemoduls 5 ermöglicht ist. In einem vierten Schaltzustand der Schalteinheit 60 ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Aufladen des Batteriemoduls 5 ermöglicht, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 zum Entladen des Batteriemoduls 5 verhindert ist.In a first switching state of the switching unit 60 is a current flow between the two poles 21st , 22 for charging and discharging the battery module 5 prevented. In a second switching state of the switching unit 60 is a current flow between the two poles 21st , 22 for charging and discharging the battery module 5 enables. In a third switching state of the switching unit 60 is a current flow between the two poles 21st , 22 for charging the battery module 5 prevented while a current flow between the two poles 21st , 22 to discharge the battery module 5 is possible. In a fourth switching state of the switching unit 60 is a current flow between the two poles 21st , 22 for charging the battery module 5 allows while a current flow between the two poles 21st , 22 to discharge the battery module 5 is prevented.

Das Batteriesystem 10 umfasst ferner eine Temperiereinrichtung 75 zum Temperieren des Batteriemoduls 5. Die Temperiereinrichtung 75 ist vorliegend als elektrisches Heizelement, beispielsweise in Form eines Heizwiderstandes, ausgestaltet. Ein erster Anschluss der Temperiereinrichtung 75 ist mit dem negativen Pol 21 elektrisch verbunden. Wenn ein Strom durch die Temperiereinrichtung 75 fließt, so erzeugt die als elektrisches Heizelement ausgestaltete Temperiereinrichtung 75 Wärme und gibt diese an das Batteriemodul 5 ab. Dadurch findet eine Erwärmung des Batteriemoduls 5 statt.The battery system 10th further comprises a temperature control device 75 for tempering the battery module 5 . The temperature control device 75 is designed as an electrical heating element, for example in the form of a heating resistor. A first connection of the temperature control device 75 is with the negative pole 21st electrically connected. If there is a current through the temperature control device 75 flows, generates the temperature control device designed as an electrical heating element 75 Heat and gives it to the battery module 5 from. This causes the battery module to heat up 5 instead of.

Die Temperiereinrichtung 75 kann auch als elektrisches Kühlelement, beispielsweise in Form eines Peltierelements, ausgestaltet sein. Wenn ein Strom durch die Temperiereinrichtung 75 fließt, so entzieht die als elektrisches Kühlelement ausgestaltete Temperiereinrichtung 75 dem Batteriemodul 5 Wärme. Dadurch findet eine Kühlung des Batteriemoduls 5 statt. Insbesondere im Fall einer Überhitzung des Batteriemoduls 5 ist somit eine Kühlung des Batteriemoduls 5 möglich. Der Fall des Überladens des Batteriemoduls 5 ist bei hohen Temperaturen kritischer zu bewerten als bei niedrigen Temperaturen. In dem ersten Schaltzustand der Schalteinheit 60 kann das Batteriemodul 5 somit gekühlt werden ohne sich durch Laden oder Entladen weiter selbst zu erhitzen.The temperature control device 75 can also be designed as an electrical cooling element, for example in the form of a Peltier element. If there is a current through the temperature control device 75 flows, then the temperature control device designed as an electrical cooling element withdraws 75 the battery module 5 Warmth. This will cool the battery module 5 instead of. Especially in the case of overheating of the battery module 5 is thus cooling the battery module 5 possible. The case of overcharging the battery module 5 is to be assessed more critically at high temperatures than at low temperatures. In the first switching state of the switching unit 60 can the battery module 5 can thus be cooled without heating themselves further by loading or unloading.

Das Batteriesystem 10 umfasst auch einen Ladeschalter 71, welche elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung 75 geschaltet ist. Der Ladeschalter 71 ist dabei mit einem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 und mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der Ladeschalter 71 ist vorliegend als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. Bei dem Ladeschalter 71 handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais. In einem ersten Schaltzustand ist der Ladeschalter 71 geschlossen, wodurch ein Strom zwischen den Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 fließen kann. In einem zweiten Schaltzustand ist der Ladeschalter 71 geöffnet, wodurch kein Strom zwischen den Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 fließen kann.The battery system 10th also includes a charging switch 71 , which are electrically serial to the temperature control device 75 is switched. The charging switch 71 is with a second connection of the temperature control device 75 and with the positive pole 22 electrically connected. The charging switch 71 is designed as an on / off switch. At the charging switch 71 it is, for example, semiconductor switches, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay. The charging switch is in a first switching state 71 closed, creating a current between the poles 21st , 22 through the temperature control device 75 can flow. The charging switch is in a second switching state 71 opened, causing no electricity between the poles 21st , 22 through the temperature control device 75 can flow.

Das Batteriesystem 10 umfasst vorliegend auch einen Hilfsschalter 72. Der Hilfsschalter 72 ist dabei mit dem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 und mit dem positiven Terminal 12 des Batteriemoduls 5 elektrisch verbunden. Der Hilfsschalter 72 ist vorliegend als Ein/Aus-Schalter ausgebildet. Bei dem Hilfsschalter 72 handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um einen MOSFET-Transistor, oder um ein ansteuerbares Relais. The battery system 10th in the present case also includes an auxiliary switch 72 . The auxiliary switch 72 is with the second connection of the temperature control device 75 and with the positive terminal 12 of the battery module 5 electrically connected. The auxiliary switch 72 is designed as an on / off switch. At the auxiliary switch 72 it is, for example, semiconductor switches, in particular a MOSFET transistor, or a controllable relay.

Wenn der Hilfsschalter 72 geschlossen ist, so ist ein Stromfluss von dem Batteriemodul 5 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht. Dadurch liefert das Batteriemodul 5 selbst einen Strom an die Temperiereinrichtung 75, wodurch die Temperiereinrichtung 75 beispielsweise Wärme erzeugt und diese an das Batteriemodul 5 abgibt. Wenn der Hilfsschalter 72 geöffnet ist, so ist kein Stromfluss von dem Batteriemodul 5 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht. If the auxiliary switch 72 is closed, there is a current flow from the battery module 5 through the temperature control device 75 enables. As a result, the battery module delivers 5 even a current to the temperature control device 75 , whereby the temperature control 75 For example, generates heat and this to the battery module 5 delivers. If the auxiliary switch 72 is open, there is no current flow from the battery module 5 through the temperature control device 75 enables.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem Bordnetz 50 eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Batteriesystem 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist weitgehend gleichartig wie das Batteriesystem 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird auf die Unterschiede ei ngegangen. 2nd shows a schematic representation of a battery system 10th according to a second embodiment on an electrical system 50 of a motor vehicle, not shown here. The battery system 10th according to the second embodiment is largely the same as the battery system 10th formed according to the first embodiment. The differences are discussed below.

Der Ladeschalter 71 des Batteriesystems 10 ist dabei vorliegend als Wechselschalter ausgebildet und weist einen Eingang sowie einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang auf. Der Eingang des Ladeschalters 71 ist mit dem positiven Pol 22 elektrisch verbunden. Der erste Ausgang des Ladeschalters 71 ist mit dem zweiten Anschluss der Temperiereinrichtung 75 elektrisch verbunden. Der zweite Ausgang des Ladeschalters 71 ist mit der Schalteinheit 60 elektrisch verbunden.The charging switch 71 of the battery system 10th is designed here as a changeover switch and has an input and a first output and a second output. The input of the charging switch 71 is with the positive pole 22 electrically connected. The first output of the charging switch 71 is with the second connection of the temperature control device 75 electrically connected. The second output of the charging switch 71 is with the switching unit 60 electrically connected.

In einem ersten Schaltzustand des Ladeschalters 71 ist der Eingang des Ladeschalters 71 mit dem ersten Ausgang elektrisch verbunden. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 ermöglicht, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch das Batteriemodul 5 verhindert ist. In einem zweiten Schaltzustand des Ladeschalters 71 ist der Eingang des Ladeschalters 71 mit dem zweiten Ausgang elektrisch verbunden. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch die Temperiereinrichtung 75 verhindert, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen 21, 22 durch das Batteriemodul 5 ermöglicht ist, sofern auch die Schalteinheit 60 einen Stromfluss ermöglicht.In a first switching state of the charging switch 71 is the input of the charging switch 71 electrically connected to the first output. This creates a current flow between the two poles 21st , 22 through the temperature control device 75 allows while a current flow between the two poles 21st , 22 through the battery module 5 is prevented. In a second switching state of the charging switch 71 is the input of the charging switch 71 electrically connected to the second output. This creates a current flow between the two poles 21st , 22 through the temperature control device 75 prevented while a current flow between the two poles 21st , 22 through the battery module 5 is possible, provided that the switching unit 60 allows current to flow.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit 60. Die Schalteinheit 60 weist einen ersten Schalter 61 und einen zweiten Schalter 62 auf, welche elektrisch seriell geschaltet sind. Die Schalteinheit 60 weist ferner eine erste Diode 63, die elektrisch parallel zu dem ersten Schalter 61 geschaltet ist, und eine zweite Diode 64, die elektrisch parallel zu dem zweiten Schalter 62 geschaltet ist, auf. 3rd shows a schematic representation of a switching unit 60 . The switching unit 60 has a first switch 61 and a second switch 62 on which are electrically connected in series. The switching unit 60 also has a first diode 63 that are electrically parallel to the first switch 61 is switched, and a second diode 64 that are electrically parallel to the second switch 62 is switched on.

Bei den Schaltern 61, 62 handelt es sich beispielsweise um ansteuerbare Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden 63, 64 kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden 63, 64 parallel zu den beiden MOSFET-Transistoren zu schalten.At the counters 61 , 62 it is, for example, controllable semiconductor switches, in particular MOSFET transistors. With the diodes 63 , 64 can be body diodes associated with the MOSFET transistors. But it is also conceivable to use discrete diodes 63 , 64 to be connected in parallel to the two MOSFET transistors.

Die beiden Dioden 63, 64 sind elektrisch antiseriell geschaltet. Die erste Diode 63 ist in die eine Richtung durchlässig und sperrt in die andere Richtung. Die zweite Diode 64 ist in die andere Richtung durchlässig und sperrt in die eine Richtung. Beispielsweise ist die Schalteinheit 60 derart in dem Batteriesystem 10 angeordnet, dass die erste Diode 63 für einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls 5 durchlässig ist und einen Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls 5 sperrt. In diesem Fall ist die zweite Diode 64 für einen Stromfluss zum Entladen des Batteriemoduls 5 durchlässig und sperrt einen Stromfluss zum Aufladen des Batteriemoduls 5.The two diodes 63 , 64 are electrically connected anti-serial. The first diode 63 is permeable in one direction and blocks in the other direction. The second diode 64 is permeable in the other direction and blocks in one direction. For example, the switching unit 60 such in the battery system 10th arranged that the first diode 63 for a current flow to charge the battery module 5 is permeable and a current flow for discharging the battery module 5 locks. In this case, the second diode 64 for a current flow to discharge the battery module 5 permeable and blocks a current flow for charging the battery module 5 .

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which lie within the framework of professional action.

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Claims (15)

Batteriesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen negativen Pol (21), einen positiven Pol (22), ein Batteriemodul (5), eine Schalteinheit (60), welche elektrisch seriell zu dem mindestens einen Batteriemodul (5) geschaltet ist, und eine Temperiereinrichtung (75) zum Temperieren des mindestens einen Batteriemoduls (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladeschalter (71) elektrisch seriell zu der Temperiereinrichtung (75) geschaltet ist, und dass die Schalteinheit (60) und der Ladeschalter (71) derart angeordnet und ansteuerbar sind, dass in einem ersten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, und dass in einem zweiten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist.Battery system (10) for a motor vehicle, comprising a negative pole (21), a positive pole (22), a battery module (5), a switching unit (60) which is electrically connected in series with the at least one battery module (5), and a temperature control device (75) for temperature control of the at least one battery module (5), characterized in that a charging switch (71) is electrically connected in series with the temperature control device (75), and in that the switching unit (60) and the charging switch (71) are arranged in this way and can be controlled so that in a first operating state of the battery system (10) a current flow between the two poles (21, 22) is made possible by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) for charging the battery module (5) is prevented, and that in a second operating state of the battery system (10) a current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the temperature control device (75) while ei n Current flow between the two poles (21, 22) for charging the battery module (5) is made possible. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (75) als elektrisches Heizelement ausgestaltet ist.Battery system (10) after Claim 1 , characterized in that the temperature control device (75) is designed as an electrical heating element. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (75) als elektrisches Kühlelement ausgestaltet ist.Battery system (10) after Claim 1 , characterized in that the temperature control device (75) is designed as an electrical cooling element. Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (60) is designed and controllable in such a way that in a first switching state a current flow between the two poles (21, 22) for charging and discharging the battery module (5 ) is prevented, and that in a second switching state a current flow between the two poles (21, 22) is made possible for charging and discharging the battery module (5). Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem dritten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Entladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist, und/oder dass in einem vierten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Entladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (60) is designed and controllable in such a way that a current flow between the two poles (21, 22) for charging the battery module (5) is prevented in a third switching state , while a current flow between the two poles (21, 22) for discharging the battery module (5) is made possible and / or that in a fourth switching state a current flow between the two poles (21, 22) enables the battery module (5) to be charged is, while a current flow between the two poles (21, 22) for discharging the battery module (5) is prevented. Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) zwei elektrisch seriell geschaltete Schalter (61, 62) aufweist, wobei jeweils eine Diode (63, 64) elektrisch parallel zu jedem der Schalter (61, 62) geschaltet ist, und wobei die Dioden (63, 64) elektrisch antiseriell geschaltet sind.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (60) has two electrically series-connected switches (61, 62), each having a diode (63, 64) electrically in parallel with each of the switches (61, 62 ) is connected, and wherein the diodes (63, 64) are electrically connected antiserially. Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeschalter (71) derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging switch (71) is designed and controllable in such a way that a current flow between the two poles (21, 22) through the temperature control device (75) is made possible in a first switching state, and that in a second switching state current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the temperature control device (75). Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeschalter (71) als Wechselschalter ausgebildet und derart ansteuerbar ist, dass in einem ersten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) verhindert ist, und dass in einem zweiten Schaltzustand ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) ermöglicht ist.Battery system (10) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the charging switch (71) is designed as a changeover switch and can be controlled such that in a first switching state a current flow between the two poles (21, 22) is made possible by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the battery module (5) and that in a second switching state a current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) is made possible by the battery module (5). Batteriesystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfsschalter (72) derart angeordnet und ansteuerbar ist, dass in einem dritten Betriebszustand des Batteriesystems (10) ein Stromfluss von dem Batteriemodul (5) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an auxiliary switch (72) is arranged and controllable in such a way that, in a third operating state of the battery system (10), current can flow from the battery module (5) through the temperature control device (75) is. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche an einem Bordnetz (50) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Generator (52) mit beiden Polen (21, 22) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Generator (52) einen Generatorstrom liefert, das Batteriesystem (10) in den ersten Betriebszustand geschaltet wird, wenn eine Temperatur des Batteriemoduls (5) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, und dass das Batteriesystem (10) in den zweiten Betriebszustand geschaltet wird, wenn die Temperatur des Batteriemoduls (5) den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.Method for operating a battery system (10) according to one of the preceding claims on an electrical system (50) of a motor vehicle, a generator (52) being electrically connected to both poles (21, 22), characterized in that when the generator (52) supplies a generator current, the battery system (10) is switched to the first operating state when a temperature of the battery module (5) falls below a predetermined limit value, and that the battery system (10) is switched to the second operating state when the temperature of the battery module (5) exceeds the predetermined limit value. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit (60) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen sowie zum Entladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist.Procedure according to Claim 10 , characterized in that for switching the battery system (10) into the first operating state, the switching unit (60) is controlled such that a current flow between the two poles (21, 22) for charging and discharging the battery module (5) is prevented. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand die Schalteinheit (60) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Aufladen des Batteriemoduls (5) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) zum Entladen des Batteriemoduls (5) ermöglicht ist.Procedure according to Claim 10 , characterized in that for switching the battery system (10) into the first operating state, the switching unit (60) is controlled such that a current flow between the two poles (21, 22) for charging the battery module (5) is prevented while a current flow between the two poles (21, 22) for discharging the battery module (5) is made possible. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, und dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den zweiten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert istProcedure according to one of the Claims 10 to 12 , characterized in that for switching the battery system (10) into the first operating state the charging switch (71) is controlled such that a current flow between the two poles (21, 22) is made possible by the temperature control device (75), and for switching of the battery system (10) in the second operating state of the charging switch (71) is controlled such that a current flow between the two poles (21, 22) through the temperature control device (75) is prevented Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeschalter (71) als Wechselschalter ausgebildet ist, und dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den ersten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) verhindert ist, und dass zum Schalten des Batteriesystems (10) in den zweiten Betriebszustand der Ladeschalter (71) derart angesteuert wird, dass ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch die Temperiereinrichtung (75) verhindert ist, während ein Stromfluss zwischen den beiden Polen (21, 22) durch das Batteriemodul (5) ermöglicht ist.Procedure according to one of the Claims 10 to 13 , characterized in that the charging switch (71) is designed as a two-way switch and that for switching the battery system (10) into the first operating state, the charging switch (71) is controlled such that a current flow between the two poles (21, 22) the temperature control device (75) is made possible while a current flow between the two poles (21, 22) through the battery module (5) is prevented, and the charging switch (71) is controlled in this way to switch the battery system (10) to the second operating state that a current flow between the two poles (21, 22) is prevented by the temperature control device (75), while a current flow between the two poles (21, 22) is made possible by the battery module (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Generator (52) keinen Generatorstrom liefert und die Temperatur des Batteriemoduls (5) den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, das Batteriesystem (10) in einen dritten Betriebszustand geschaltet wird, in welchem ein Stromfluss von dem Batteriemodul (5) durch die Temperiereinrichtung (75) ermöglicht ist.Procedure according to one of the Claims 10 to 14 , characterized in that if the generator (52) does not supply any generator current and the temperature of the battery module (5) falls below the predetermined limit value, the battery system (10) is switched to a third operating state in which a current flow from the battery module (5) occurs the temperature control device (75) is made possible.
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