DE102021132113A1 - System for supplying energy to an electrical load circuit in a vehicle and method for operating such a system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises (10) in einem Fahrzeug (11) mit Energie, umfassend eine an den elektrischen Verbraucherkreis (10) anschließbare Multipack-Anordnung (20) mit zumindest einem ersten Batteriepack (22) und einem zweiten Batteriepack (24, 26) und eine mit der Multipack-Anordnung (20) gekoppelte Multipack-Steuereinheit (30). Dabei ist dem ersten (22) und dem zweiten Batteriepack (24, 26) jeweils ein Pack-Steuergerät (23, 25, 27) zugeordnet. Dabei sind die Pack-Steuergeräte (23, 25, 27) dazu eingerichtet, jeweils einen Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) in der Multipack-Anordnung (20) zu steuern sowie einen Isolationszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) zu erfassen. Dabei ist die Multipack-Steuereinheit (30) dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen des ersten (22) und zweiten Batteriepacks (24, 26) den von zumindest einem Pack-Steuergerät (23, 25, 27) erfassten Isolationszustand zu empfangen und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung (20) anhand des empfangenen Isolationszustandes auszuführen. Bei dem Verfahren werden Zuschaltungszustände der Batteriepacks (22, 24, 26) in der Multipack-Anordnung (20) erfasst und in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen wird zumindest ein Isolationszustand eines Batteriepacks (22, 24, 26) erfasst und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung (20) wird anhand des empfangenen Isolationszustandes ausgeführt.The invention relates to a system for supplying an electrical load circuit (10) in a vehicle (11) with energy, comprising a multipack arrangement (20) which can be connected to the electrical load circuit (10) and has at least a first battery pack (22) and a second battery pack (24, 26) and a multipack controller (30) coupled to the multipack assembly (20). A pack control unit (23, 25, 27) is assigned to the first (22) and the second battery pack (24, 26). The pack control devices (23, 25, 27) are set up to control a connection state of the associated battery pack (22, 24, 26) in the multipack arrangement (20) and an isolation state of the associated battery pack (22, 24, 26) to capture. The multipack control unit (30) is set up to receive the insulation state detected by at least one pack control unit (23, 25, 27) depending on the connection states of the first (22) and second battery pack (24, 26) and a Carry out isolation monitoring of the multipack arrangement (20) based on the received isolation state. In the method, connection states of the battery packs (22, 24, 26) in the multipack arrangement (20) are recorded and, depending on the connection states, at least one insulation state of a battery pack (22, 24, 26) is recorded and insulation monitoring of the multipack arrangement (20) is performed based on the received isolation status.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises in einem Fahrzeug mit Energie sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen SystemsThe invention relates to a system for supplying an electrical load circuit in a vehicle with energy and a method for operating such a system

In modernen Fahrzeugen, insbesondere mit einem elektrischen Antrieb, werden Batterien und Batterie-Packs verbaut, die elektrische Komponenten mit Strom versorgen. Dabei wird insbesondere eine Hochspannung von beispielsweise 400 V oder 800 V bereitgestellt.Batteries and battery packs that supply electrical components with electricity are installed in modern vehicles, in particular with an electric drive. In this case, a high voltage of, for example, 400 V or 800 V is provided in particular.

Beim Einsatz von Batterien für den Hochspannungsbereich (high voltage, HV) ist es von großer Bedeutung, einen unerwünschten Stromfluss zu verhindern und Personen im Umfeld des Fahrzeugs vor dem Kontakt mit den entsprechenden Stromkreisen zu schützen. Die Batterien und die angeschlossenen Komponenten sind daher elektrisch isoliert gegenüber anderen Teilen des Fahrzeugs, insbesondere gegenüber dem Chassis des Fahrzeugs. Insbesondere handelt es sich dabei um ein nicht geerdetes, sogenanntes IT-Netz.When using batteries for the high voltage range (high voltage, HV), it is of great importance to prevent unwanted current flow and to protect people in the vicinity of the vehicle from contact with the relevant circuits. The batteries and the connected components are therefore electrically isolated from other parts of the vehicle, in particular from the chassis of the vehicle. In particular, this is a non-grounded, so-called IT network.

Diese Isolation muss zudem überwacht werden, um eventuell auftretende Beschädigungen der Isolierung, etwa nach einem Unfall, rechtzeitig zu erkennen und Gegenmaßnahmen zu veranlassen.This insulation must also be monitored in order to detect any damage to the insulation, for example after an accident, in good time and to initiate countermeasures.

Das Überwachen des Isolationswiderstands in einem elektrischen Fahrzeugs ist eine sicherheitsrelevante Funktion. Hierdurch werden gefährliche Ereignisse vermieden, die durch einen zu niedrigen Widerstand zwischen einer HV-Verbindung einer Batterie mit dem Fahrzeug und dem Chassis des Fahrzeugs auftreten können.Monitoring the insulation resistance in an electric vehicle is a safety-related function. This avoids dangerous events that can occur due to low resistance between a HV connection of a battery to the vehicle and the vehicle's chassis.

Insbesondere kann das IT-Netz so gebildet sein, dass von ihm nur dann Gefahr ausgeht, wenn ein synchroner/beidseitiger (HV+ und HV-) Isolationsfehler vorliegt. Das heißt, wenn ein einseitiger Isolationsfehler bereits erkannt wird, dann kann vor dem Eintreten eines beidseitigen Isolationsfehlers bereits gehandelt werden. So wird vermieden, dass es zu einem gefährlichen Ereignis (durch einen beidseitigen Isolationsfehler) kommen kann.In particular, the IT network can be designed in such a way that it only poses a risk if there is a synchronous/double-sided (HV+ and HV-) insulation fault. This means that if a one-sided insulation fault has already been detected, action can be taken before a two-sided insulation fault occurs. This prevents a dangerous event (due to an insulation fault on both sides) from occurring.

Das Überwachen des Isolationswiderstands kann dabei durch eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU) mit Zugang zum HV-System erfolgen. Insbesondere können dabei Messungen an einem Anschluss des HV-Systems beziehungsweise einem Anschluss der Batterie durchgeführt werden.The insulation resistance can be monitored by an electronic control unit (ECU) with access to the HV system. In particular, measurements can be carried out at a connection of the HV system or at a connection of the battery.

Dabei kann die Überwachung durch ein Batterie-Managementsystem (battery management system, BMS) ausgeführt werden, das etwa in eine Batterie integriert ist, oder es kann eine zusätzliche Einheit als Schnittstelle zwischen der Batterie und dem Fahrzeug ausgebildet sein (vehicle interface box, VIB). Die Überwachung kann ferner durch eine in das Fahrzeug integrierte Einheit oder eine Einheit einer Ladestation ausgeführt werden.The monitoring can be carried out by a battery management system (BMS), which is integrated into a battery, for example, or an additional unit can be designed as an interface between the battery and the vehicle (vehicle interface box, VIB). . The monitoring may also be performed by a vehicle integrated unit or a charging station unit.

Ferner kann eine Steuereinheit (vehicle interface gateway, VIG) vorgesehen sein, die lediglich elektronische Steuerungselemente umfasst, die jedoch keine eigenen HV-Messungen ausführen kann. In einem solchen Fall gibt es keinen gemeinsamen HV-Anschluss, an dem die Messungen für eine Isolationsüberwachung ausgeführt werden könnten. Das heißt, die Messung des Isolationswiderstandes und die entsprechende Überwachung können nicht unmittelbar durch die Steuereinheit ausgeführt werden.Furthermore, a control unit (vehicle interface gateway, VIG) can be provided, which only comprises electronic control elements, but which cannot carry out its own HV measurements. In such a case there is no common HV connection on which measurements for insulation monitoring could be carried out. This means that the measurement of the insulation resistance and the corresponding monitoring cannot be carried out directly by the control unit.

Weitere Schwierigkeiten stellen sich bei der Verwendung von in Serie geschalteten Batterien: Bei diesen hat keine einzelne Batterie gleichzeitig Zugang zum positiven und negativen Anschluss der Batterie-Anordnung, was jedoch für eine vollständige Isolationsmessung und -überwachung notwendig ist.Further difficulties arise when using batteries connected in series: With these, no single battery has simultaneous access to the positive and negative connection of the battery arrangement, which is necessary for a complete insulation measurement and monitoring.

Aus der US 2013/0154656 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem die Isolation von Batterie-Packs selektiv über Präzisionswiderstände bestimmt werden kann.From the U.S. 2013/0154656 A1 a vehicle is known in which the insulation of battery packs can be selectively determined using precision resistors.

Die US 2015/0048798 A1 beschreibt eine Schaltung zum Detektieren der Isolation von Batterie-Packs eines Fahrzeugs.The US 2015/0048798 A1 describes a circuit for detecting the isolation of battery packs of a vehicle.

Aus der US 2016/0091551 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Leckagen eines Hochvolt-Systems erkannt werden.From the US 2016/0091551 A1 a method is known in which leaks in a high-voltage system are detected.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System der eingangs bezeichneten Art sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb bereitzustellen, wobei die Isolationsüberwachung besonders einfach, sicher und effizient erfolgen kann.It is the object of the invention to provide a system of the type described at the outset and a method for its operation, in which the insulation monitoring can be carried out in a particularly simple, safe and efficient manner.

Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by a system and a method having the features of the independent claims. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das System zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises in einem Fahrzeug mit Energie umfasst eine an den elektrischen Verbraucherkreis anschließbare Multipack-Anordnung mit zumindest einem ersten Batteriepack und einem zweiten Batteriepack und eine mit der Multipack-Anordnung gekoppelte Multipack-Steuereinheit. Dabei ist dem ersten und dem zweiten Batteriepack jeweils ein Pack-Steuergerät zugeordnet. Die Pack-Steuergeräte sind dabei dazu eingerichtet, jeweils einen Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks in der Multipack-Anordnung zu steuern sowie einen Isolationszustand des zugeordneten Batteriepacks zu erfassen. Dabei ist ferner die Multipack-Steuereinheit dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen des ersten und zweiten Batteriepacks den von zumindest einem Pack-Steuergerät erfassten Isolationszustand zu empfangen und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung anhand des empfangenen Isolationszustandes auszuführen.The system for supplying an electrical load circuit in a vehicle with energy comprises a multipack arrangement which can be connected to the electrical load circuit and has at least a first battery pack and a second battery pack, and a multipack control unit which is coupled to the multipack arrangement. A pack control unit is assigned to the first and the second battery pack. the pack Control units are set up to control a connection state of the associated battery pack in the multipack arrangement and to detect an insulation state of the associated battery pack. The multipack control unit is also set up to receive the isolation state detected by at least one pack control device depending on the connection states of the first and second battery pack and to monitor the isolation of the multipack arrangement based on the received isolation state.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine effiziente Isolationsüberwachung lediglich auf Basis der von den Pack-Steuergeräten bereitgestellten Informationen über die Isolationszustände ausgeführt werden. Insbesondere sind also keine Messdaten von weiteren Sensoren oder Messschaltungen außerhalb der Batteriepacks vorgesehen, insbesondere keine separate Isolations-Messchaltung für die gesamte Multipack-Anordnung, insbesondere über einen gemeinsamen HV-Anschlusspunkt der Multipack-Anordnung.As a result, efficient insulation monitoring can advantageously be carried out solely on the basis of the information about the insulation states provided by the pack control devices. In particular, therefore, no measurement data from further sensors or measurement circuits outside the battery packs are provided, in particular no separate insulation measurement circuit for the entire multipack arrangement, in particular via a common HV connection point of the multipack arrangement.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, zur Isolationsmessung die in die Batteriepacks üblicherweise integrierten Messschaltungen zu verwenden, statt eine eigene Messschaltung für die Überwachung der Multipack-Anordnung als Ganzes vorsehen zu müssen. Die Steuerung dieser Isolationsmessung erfolgt mittels der Multipack-Steuereinheit, die insbesondere entsprechende Messwerte empfängt und auswertet.The basic idea of the invention consists in using the measuring circuits usually integrated in the battery packs for the insulation measurement, instead of having to provide a separate measuring circuit for monitoring the multipack arrangement as a whole. This insulation measurement is controlled by the multipack control unit, which in particular receives and evaluates the corresponding measured values.

Ein Verbraucherkreis des Fahrzeugs kann etwa einen elektromotorischen Antrieb umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das System andere Einrichtungen des Fahrzeugs oder fahrzeugexterne Einrichtungen mit elektrischer Energie versorgen.A consumer circuit of the vehicle can include an electric motor drive, for example. As an alternative or in addition, the system can supply other devices in the vehicle or devices external to the vehicle with electrical energy.

Ein Batteriepack kann eine praktisch beliebige Anzahl von parallel und/oder in Reihe geschalteten Batteriezellen umfassen. Das Batteriepack ist dabei selbst praktisch wie eine übergeordnete Batteriezelle zu betrachten, deren Parameter wesentlich durch die darin zusammengeschalteten untergeordneten Batteriezellen bestimmt werden.A battery pack can include practically any number of battery cells connected in parallel and/or in series. The battery pack itself is practically to be regarded as a higher-level battery cell, the parameters of which are largely determined by the lower-level battery cells interconnected within it.

Der Isolationszustand kann ferner spezifisch für mehrere Pole eines Batteriepacks oder der Multipack-Anordnung definiert sein. Beispielsweise können ein positiver (HV+) und ein negativer (HV-) Pol zum Anschließen der Multipack-Anordnung an den Verbraucherkreis beziehungsweise zum Anschließen der Batteriepacks innerhalb der Multipack-Anordnung vorgesehen sein und der Isolationszustand kann in diesem Fall zwischen diesen Polen und dem Chassis des Fahrzeugs definiert sein.The insulation state can also be defined specifically for several poles of a battery pack or the multi-pack arrangement. For example, a positive (HV+) and a negative (HV-) pole can be provided for connecting the multipack arrangement to the load circuit and for connecting the battery packs within the multipack arrangement, respectively, and the insulation state can in this case be between these poles and the chassis of the Vehicle be defined.

Die Multipack-Anordnung kann an den elektrischen Verbraucherkreis beispielsweise mittels eines oder mehrerer Relaisschalter angeschlossen sein. Das heißt, der oder die Relaisschalter können durch Öffnen und Schließen ein Verbinden oder Trennen der elektrischen Verbindung zwischen der Multipack-Anordnung und dem Verbraucherkreis bewirken. Insbesondere können zwei Relaisschalter vorgesehen sein, jeweils an einem (HV-)-Verbindungspunkt und an einem (HV+)-Verbindungspunkt, das heißt jeweils einem Verbindungspunkt zum Anschließen eines negativen beziehungsweise positiven Pols der Multipack-Anordnung an den Verbraucherkreis.The multipack arrangement can be connected to the electrical consumer circuit, for example, by means of one or more relay switches. This means that the relay switch or switches can cause the electrical connection between the multipack arrangement and the load circuit to be connected or disconnected by opening and closing. In particular, two relay switches can be provided, each at a (HV-) connection point and at a (HV+) connection point, ie a connection point for connecting a negative or positive pole of the multipack arrangement to the consumer circuit.

Die von der Multipack-Anordnung umfassten zumindest zwei Batteriepacks können parallel oder in Serie geschaltet sein. Ferner können weitere Konfigurationen vorgesehen sein, etwa eine Parallelschaltung von mehreren Untereinheiten, die jeweils in Serie geschaltete Batteriepacks aufweisen, oder eine Serienschaltung von Untereinheiten, die jeweils parallel geschaltete Batteriepacks aufweisen.The at least two battery packs included in the multipack arrangement can be connected in parallel or in series. Further configurations can also be provided, such as a parallel connection of a plurality of sub-units, each of which has battery packs connected in series, or a series connection of sub-units, each of which has battery packs connected in parallel.

Insbesondere ist jedem Batteriepack der Multipack-Anordnung ein eigenes Pack-Steuergerät zugeordnet. Das heißt, ein erstes Pack-Steuergerät ist dem ersten Batteriepack zugeordnet und ein zweites Pack-Steuergerät ist dem zweiten Batteriepack zugeordnet. Die Pack-Steuergeräte können beispielsweise in die jeweils zugeordneten Batteriepacks integriert sein.In particular, each battery pack of the multipack arrangement is assigned its own pack control unit. That is, a first pack controller is associated with the first battery pack and a second pack controller is associated with the second battery pack. The pack control devices can be integrated, for example, in the respectively assigned battery packs.

Die Koppelung zwischen der Multipack-Steuereinheit und der Multipack-Anordnung kann etwa mittels einer datentechnischen Verbindung erfolgen. Hierzu kann etwa die Multipack-Anordnung eine Schnittstelle aufweisen.The coupling between the multipack control unit and the multipack arrangement can take place, for example, by means of a data connection. The multipack arrangement can have an interface for this purpose.

Die Multipack-Steuereinheit kann ferner mit den Batteriepacks oder den Pack-Steuergeräten der Batteriepacks insbesondere datentechnisch gekoppelt sein, etwa über eine gemeinsame Schnittstelle der Batteriepacks und/oder der Pack-Steuergeräte. Gegebenenfalls kann die Multipack-Steuereinheit als Multipack-Steuermodul einer übergeordneten Steuereinheit oder eines Steuergeräts ausgebildet sein.The multipack control unit can also be coupled with the battery packs or the pack control devices of the battery packs, in particular in terms of data technology, for example via a common interface of the battery packs and/or the pack control devices. If necessary, the multipack control unit can be designed as a multipack control module of a higher-level control unit or a control device.

Die Pack-Steuergeräte sind jeweils dazu eingerichtet, den Isolationszustand des zugeordneten Batteriepacks zu erfassen und gegebenenfalls über eine Schnittstelle auszugeben.The pack control devices are each set up to detect the insulation state of the associated battery pack and, if necessary, to output it via an interface.

Bei einer Ausbildung des Systems kann für jedes Pack-Steuergerät ferner ein Messzustand aktiviert oder deaktiviert werden: Wenn der Messzustand aktiviert ist, dann wird der Isolationszustand erfasst, beispielsweise kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen; ist der Messzustand jedoch deaktiviert, so erfolgt keine Erfassung des Isolationszustands.In one embodiment of the system, a measurement state can also be activated or deactivated for each pack control device: if the measurement state is activated, then the insulation state is recorded, for example continuously or at regular time intervals; is the measurement state deactivated, however, the insulation state is not detected.

Ferner kann die Steuerung des Zuschaltungszustandes durch Ansteuern eines Relaisschalters erfolgen. Das einem Pack-Steuergerät zugeordnete Batteriepack kann dadurch innerhalb der Multipack-Anordnung verbunden oder getrennt werden. Das heißt, die in der Multipack-Anordnung zusammengefassten Batteriepacks können flexibel zugeschaltet werden, insbesondere je nach dem aktuellen Bedarf des Verbraucherkreises.Furthermore, the connection state can be controlled by driving a relay switch. The battery pack assigned to a pack control device can thereby be connected or disconnected within the multipack arrangement. This means that the battery packs combined in the multipack arrangement can be switched on flexibly, in particular depending on the current needs of the consumer group.

Zudem kann vorgesehen sein, dass die Pack-Steuergeräte eingerichtet sind, den jeweiligen Zuschaltungszustand auszugeben, etwa in regelmäßigen Intervallen, auf ein Anforderungssignal hin oder bei einer Veränderung des Zuschaltungszustandes.In addition, it can be provided that the pack control units are set up to output the respective connection status, for example at regular intervals, in response to a request signal or when the connection status changes.

Den Batteriepacks können dabei auch jeweils mehrere Pack-Steuereinheiten oder Pack-Steuermodule zugeordnet sein, um verschiedene Funktionalitäten zu implementieren; beispielsweise können die Steuerung eines oder mehrerer Relaisschalter mittels eines ersten Pack-Steuerungsmoduls und die Erfassung des Isolationszustandes mittels eines zweiten Pack-Steuerungsmoduls ausführbar sein.Several pack control units or pack control modules can also be assigned to each of the battery packs in order to implement different functionalities; for example, controlling one or more relay switches may be executable using a first pack control module and sensing the isolation condition using a second pack control module.

Insbesondere können die Pack-Steuergeräte dazu eingerichtet sein, auf ein Steuersignal hin einen Messmodus zu aktivieren oder zu deaktivieren. Bei einem aktivierten Messmodus können dann die jeweiligen Pack-Steuergeräts jeweils den Isolationszustand des zugeordneten Batteriepacks erfassen.In particular, the pack control devices can be set up to activate or deactivate a measurement mode in response to a control signal. When the measuring mode is activated, the respective pack control device can then record the insulation status of the associated battery pack.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass der an den Anschlüssen gemessene Isolationszustand für alle innerhalb der Multipack-Anordnung zugeschalteten Batteriepacks gleich ist, da diese elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Es genügt also insbesondere die Erfassung des Isolationszustandes für genau eines der zugeschalteten Batteriepacks (das heißt genau ein Batteriepack pro angeschlossenem Pol HV- und HV+), um den Isolationszustands aller zugeschalteten Batteriepacks und damit auch der Multipack-Anordnung als Ganzem zu erfassen. Insbesondere kann daher die Erfassung des Isolationszustands für nur eines der zugeschalteten Batteriepacks aktiviert sein, während sie für die weiteren Batteriepacks deaktiviert ist.The invention uses the finding that the insulation state measured at the connections is the same for all battery packs connected within the multipack arrangement, since these are electrically conductively connected to one another. In particular, it is sufficient to record the insulation status for exactly one of the connected battery packs (i.e. exactly one battery pack per connected pole HV- and HV+) in order to record the insulation status of all connected battery packs and thus also the multipack arrangement as a whole. In particular, therefore, the detection of the insulation state can be activated for only one of the connected battery packs, while it is deactivated for the other battery packs.

Die Konfiguration kann ferner davon abhängen, ob die Batteriepacks der Multipack-Anordnung parallel oder in Serie geschaltet sind: Bei parallel geschalteten Batteriepacks weisen alle positiven (HV+) beziehungsweise alle negativen (HV-) Pole der miteinander elektrisch verbundenen Anschlüsse den gleichen Isolationszustand auf; es können also der negative und der positive Pol des gleichen zugeschalteten Batteriepacks jeweils zur Erfassung des Isolationszustands aller zugeschalteten Batteriepacks verwendet werden. Andererseits kann bei seriell verschalteten Batteriepacks der Fall auftreten, dass nur der negative Pol eines ersten Batteriepacks und nur der positive Pol eines zweiten Batteriepacks mit dem Anschluss verbunden ist und daher zum Erfassen des Isolationszustandes geeignet ist.The configuration can also depend on whether the battery packs of the multipack arrangement are connected in parallel or in series: In the case of battery packs connected in parallel, all positive (HV+) or all negative (HV-) poles of the connections that are electrically connected to one another have the same insulation status; the negative and the positive pole of the same connected battery pack can therefore be used to detect the insulation state of all connected battery packs. On the other hand, with battery packs connected in series, the case can arise that only the negative pole of a first battery pack and only the positive pole of a second battery pack is connected to the terminal and is therefore suitable for detecting the insulation state.

Ferner kann dabei die Multipack-Steuereinheit die Isolationsüberwachung für alle zugeschalteten Batteriepacks anhand der Messungen eines einzelnen zugeschalteten Batteriepacks durchführen. Es werden also unnötige Messungen vermieden, während gleichzeitig lediglich die Messschaltungen der Batteriepacks ausreichen, um auch den Isolationszustand einer Gesamtheit von zugeschalteten Batteriepacks zu überwachen. Dies ist besonders auch deshalb wichtig, weil gleichzeitige Messungen des Isolationszustandes für mehrere Einheiten typischerweise nicht möglich sind, sondern sequentiell ausgeführt werden müssen. Es gilt daher, die Anzahl der regelmäßig erfolgenden Messungen zu minimieren, um Kollisionen zu vermeiden.Furthermore, the multipack control unit can carry out the insulation monitoring for all connected battery packs based on the measurements of a single connected battery pack. Unnecessary measurements are thus avoided, while at the same time only the measuring circuits of the battery packs are sufficient to also monitor the insulation state of a total of connected battery packs. This is particularly important because simultaneous measurements of the insulation status for several units are typically not possible, but must be carried out sequentially. It is therefore important to minimize the number of measurements that are carried out regularly in order to avoid collisions.

Um die Pack-Steuergeräte entsprechend anzusteuern empfängt die Multipack-Steuereinheit die jeweiligen Zuschaltungszustände der Batteriepacks. Beispielsweise wird dabei bestimmt, welche Batteriepacks in der Multipack-Anordnung aktuell zugeschaltet sind. Ferner kann auch bestimmt werden, welcher Batteriepack als erster zugeschaltet wurde. Es kann ferner erfasst werden, wenn ein Batteriepack in einen getrennten Zuschaltungszustand geschaltet wird, sodass dieses Batteriepack nicht mehr zum Messen des Isolationszustands der zugeschalteten Batteriepacks verwendet werden kann. Die Zuschaltungszustände können beispielsweise von den Pack-Steuergeräten bereitgestellt beziehungsweise von diesen an die Multipack-Steuereinheit übertragen werden.In order to control the pack control devices accordingly, the multipack control unit receives the respective activation states of the battery packs. For example, it is determined which battery packs are currently switched on in the multipack arrangement. It can also be determined which battery pack was switched on first. It can also be detected when a battery pack is switched to a disconnected connection state, so that this battery pack can no longer be used for measuring the insulation state of the connected battery packs. The connection statuses can, for example, be provided by the pack control devices or can be transmitted from them to the multipack control unit.

Anschließend kann die Multipack-Steuereinheit in Abhängigkeit von den erfassten beziehungsweise empfangenen Zuschaltungszuständen der Batteriepacks den Isolationszustand zumindest eines Batteriepacks empfangen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Isolationszustand von genau einem von mehreren zugeschalteten Batteriepacks empfangen wird; insbesondere werden die Pack-Steuergeräte so angesteuert, dass nur bei genau einem der zugeschalteten Batteriepacks der Isolationszustand erfasst wird, sowie gegebenenfalls bei allen nicht zugeschalteten, getrennten Batteriepacks der Multipack-Anordnung.The multipack control unit can then receive the insulation status of at least one battery pack as a function of the detected or received connection statuses of the battery packs. In particular, it can be provided that the insulation state is received by exactly one of a number of connected battery packs; In particular, the pack control devices are controlled in such a way that the insulation state is detected only for exactly one of the connected battery packs, and possibly for all disconnected battery packs of the multipack arrangement that are not connected.

Das heißt insbesondere, zur Erfassung des Isolationszustands der Multipack-Anordnung wird der Isolationszustand für einen positiven Pol genau eines Batteriepacks erfasst und es wird auch der Isolationszustand für einen negativen Pol genau eines Batteriepacks erfasst. Bei parallel verschalteten Batteriepacks kann die Erfassung für den positiven und negativen Pol des gleichen Batteriepacks erfolgen. Ferner kann bei in Serie geschalteten Batteriepacks die Erfassung für den positiven beziehungsweise den negativen Pol zweier verschiedener Batteriepacks erfolgen.That is, in particular, for detecting the insulation state of the multipack structure, the insulation state for a positive pole becomes accurate of a battery pack is detected and the insulation state for a negative pole of exactly one battery pack is also detected. With battery packs connected in parallel, the detection can take place for the positive and negative poles of the same battery pack. Furthermore, in the case of battery packs connected in series, the positive or the negative pole of two different battery packs can be detected.

Die Multipack-Steuereinheit führt nun eine Isolationsüberwachung anhand des empfangenen Isolationszustandes aus. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Isolationsüberwachung anhand des für genau eines der zugeschalteten Batteriepacks erfassten Isolationszustandes sowie der für alle nicht zugeschalteten Batteriepacks erfassten Isolationszustände ausgeführt wird.The multipack control unit now performs isolation monitoring based on the received isolation status. In particular, it is provided that the insulation monitoring is carried out using the insulation state recorded for exactly one of the connected battery packs and the insulation states recorded for all battery packs that are not connected.

Bei der Isolationsüberwachung ist beispielsweise vorgesehen, dass das Vorliegen einer Prüfbedingung geprüft wird, wobei beim Vorliegen der Prüfbedingung eine Reaktion des Systems ausgeführt wird. Eine Prüfbedingung kann etwas das Unter- oder Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes sein, etwa das unterschreiten eines Schwellenwerts für einen Isolationswiderstand. Beispielsweise kann eine Warnung ausgegeben werden, es kann eine Abschaltung eines Batteriepacks oder der Multipack-Anordnung ausgeführt werden oder es kann ein Zuschaltmanagement für die Batteriepacks der Multipack-Anordnung angepasst werden, um einen sicheren Betrieb des Systems zu gewährleisten. In the case of insulation monitoring, it is provided, for example, that the presence of a test condition is checked, with the system reacting if the test condition is met. A test condition can be falling below or exceeding a predetermined threshold value, such as falling below a threshold value for an insulation resistance. For example, a warning can be issued, a battery pack or the multipack arrangement can be switched off, or connection management for the battery packs of the multipack arrangement can be adapted in order to ensure safe operation of the system.

Bei dem System der Erfindung kann ferner vorteilhafterweise ein Batterie-Management bereitgestellt werden, bei dem auch unter Verwendung einer Steuereinheit mit ausschließlich elektronischen Komponenten eine Isolationsüberwachung ausgeführt werden kann.In the system of the invention, battery management can also advantageously be provided, in which insulation monitoring can also be carried out using a control unit with exclusively electronic components.

Bei einer Ausbildung des Systems sind die Pack-Steuergeräte dazu eingerichtet, zum Steuern des jeweiligen Zuschaltungszustands einen Zuschaltungs-Relaisschalter für das zugeordnete Batteriepack anzusteuern, wobei durch Schließen des Zuschaltungs-Relaisschalters ein zugeschalteter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks und durch Öffnen des Zuschaltungs-Relaisschalters ein getrennter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks erhalten wird.In one embodiment of the system, the pack control units are set up to control the respective connection state by controlling a connection relay switch for the associated battery pack, with the connection relay switch being closed to create a connected connection state of the associated battery pack and the opening of the connection relay switch being to a separate one Connection status of the associated battery pack is obtained.

Dadurch ist vorteilhafterweise eine besonders effiziente und einfache Steuerung der Batteriepacks möglich, insbesondere mittels integrierter Pack-Steuergeräte.As a result, a particularly efficient and simple control of the battery pack is advantageously possible, in particular by means of integrated pack control devices.

Die Pack-Steuergeräte steuern insbesondere die Zuschaltungszustände für einen positiven und einen negativen elektrischen Anschluss des jeweils zugeordneten Batteriepacks, beispielsweise mittels je eines Zuschaltungs-Relaisschalters für jeden elektrischen Pol. Die Zuschaltungs-Relaisschalter können von den jeweiligen Pack-Steuergeräten und/oder den zugeordneten Batteriepacks umfasst sein, sie können ferner separat ausgebildet sein. Ein zugeschalteter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks - für zumindest einen der elektrischen Pole - wird dabei durch Schließen eines Zuschaltungs-Relaisschalters erhalten, während ein getrennter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks - für zumindest einen der elektrischen Pole - durch Öffnen eines Zuschaltungs-Relaisschalters erhalten wird.In particular, the pack control devices control the connection states for a positive and a negative electrical connection of the respectively assigned battery pack, for example by means of a connection relay switch for each electrical pole. The connection relay switches can be included in the respective pack control devices and/or the associated battery packs, they can also be designed separately. A connected connection state of the associated battery pack - for at least one of the electrical poles - is obtained by closing a connection relay switch, while a disconnected connection state of the associated battery pack - for at least one of the electrical poles - is obtained by opening a connection relay switch.

Bei einer weiteren Ausbildung ist die Multipack-Steuereinheit dazu eingerichtet, zum Ausführen der Isolationsüberwachung die Pack-Steuergeräte so anzusteuern, dass bei einer Mehrzahl von Batteriepacks im zugeschalteten Zuschaltungszustand der Isolationszustand des zuerst zugeschalteten Batteriepacks empfangen wird.In a further embodiment, the multipack control unit is set up to actuate the pack control devices to carry out the insulation monitoring in such a way that, in the case of a plurality of battery packs in the connected connection state, the insulation state of the battery pack connected first is received.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Steuerung vereinfacht, da stets der Isolationszustand eines definierten Batteriepacks verwendet wird.This advantageously simplifies the control since the insulation state of a defined battery pack is always used.

Insbesondere wird zum Erfassen eines Isolationszustands eines Batteriepacks ein Isolationswiderstand zwischen einem Anschluss des Batteriepacks, etwa eines Pols eines elektrischen Anschlusses, und einem Chassis des Fahrzeugs gemessen.In particular, an insulation resistance between a connection of the battery pack, such as a pole of an electrical connection, and a chassis of the vehicle is measured in order to detect an insulation state of a battery pack.

Bei einer Weiterbildung weisen die Pack-Steuergeräte zum Erfassen des Isolationszustands des zugeordneten Batteriepacks jeweils eine Isolations-Messschaltung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Isolationswiderstands zwischen dem zugeordneten Batteriepack, insbesondere einem Anschluss beziehungsweise elektrischen Pol des zugeordneten Batteriepacks, und einem Chassis des Fahrzeugs zu messen.In a further development, the pack control devices for detecting the insulation status of the assigned battery pack each have an insulation measuring circuit which is set up to measure an insulation resistance between the assigned battery pack, in particular a connection or electrical pole of the assigned battery pack, and a chassis of the vehicle measure.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders einfache und aussagekräftige Messung des Isolationszustands ermöglicht.This advantageously enables a particularly simple and meaningful measurement of the insulation state.

Insbesondere wird beim Erfassen des Isolationszustands der Isolationswiderstand zwischen den jeweiligen Polen beziehungsweise Anschlüssen (HV-/HV+) des jeweiligen Batteriepacks und einem Chassis des Fahrzeugs gemessen.In particular, when detecting the state of insulation, the insulation resistance between the respective poles or connections (HV-/HV+) of the respective battery pack and a chassis of the vehicle is measured.

Insbesondere ist der Isolationszustand jeweils auf einen elektrischen Pol des jeweiligen Batteriepacks beziehungsweise der gesamten Multipack-Anordnung (HV-/HV+) bezogen und wird jeweils separat erfasst und/oder verarbeitet.In particular, the insulation status relates to an electrical pole of the respective battery pack or the entire multipack arrangement (HV-/HV+) and is recorded and/or processed separately in each case.

Bei einer Ausbildung ist die Multipack-Steuereinheit ferner dazu eingerichtet, ein Zuschaltmanagement in Abhängigkeit von den für die Batteriepacks erfassten Isolationszuständen auszuführen, insbesondere in Abhängigkeit von den für getrennte Batteriepacks erfassten Isolationszuständen.In one embodiment, the multipack control unit is also set up to carry out connection management as a function of the insulation states recorded for the battery packs, in particular as a function of the insulation states recorded for separate battery packs.

Dadurch kann vorteilhafterweise ein Zuschaltmanagement für die Batteriepacks implementiert werden, bei dem möglicherweise fehlerhafte Batteriepacks nicht verwendet werden.As a result, switch-on management for the battery packs can advantageously be implemented, in which battery packs that may be faulty are not used.

Das Zuschaltmanagement kann ferner auf andere Weisen in Abhängigkeit von den für die Batteriepacks erfassten Isolationszuständen ausgebildet sein, etwa um eine Auslastung mehrerer Batteriepacks zu optimieren und dabei einen sicheren Isolationszustand zu gewährleisten.The switch-on management can also be designed in other ways depending on the insulation states recorded for the battery packs, for example in order to optimize the utilization of multiple battery packs and thereby ensure a safe insulation state.

Bei einer weiteren Ausbildung ist die Multipack-Steuereinheit über ein Batterie-Bus-System, insbesondere über einen Batterie-CAN-Bus, datentechnisch mit der Multipack-Anordnung gekoppelt, insbesondere mit den Pack-Steuergeräten der Batteriepacks der Multipack-Anordnung.In a further embodiment, the multipack control unit is coupled in terms of data technology to the multipack arrangement, in particular to the pack control devices of the battery packs of the multipack arrangement, via a battery bus system, in particular via a battery CAN bus.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine flexible und etablierte Form der Datenübertragung gewährleistet.This advantageously ensures a flexible and established form of data transmission.

Bei einer weiteren Ausbildung ist die Multipack-Steuereinheit über ein Fahrzeug-Bus-System, insbesondere über einen Fahrzeug-CAN-Bus, datentechnisch mit dem Fahrzeug gekoppelt.In a further embodiment, the multipack control unit is coupled in terms of data technology to the vehicle via a vehicle bus system, in particular via a vehicle CAN bus.

Bei einer Weiterbildung ist die Multipack-Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung einen Vergleich des empfangenen Isolationszustands mit einem Grenzwert auszuführen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ein Warnsignal zu erzeugen.In one development, the multipack control unit is set up to carry out a comparison of the received insulation state with a limit value during the insulation monitoring of the multipack arrangement and to generate a warning signal depending on the result of the comparison.

Dadurch ist es vorteilhafterweise besonders einfach, beim Über- oder Unterschreiten des Grenzwerts eine Reaktion auszulösen und gegebenenfalls sicherheitsrelevante Fehler rechtzeitig zu beheben.As a result, it is advantageously particularly easy to trigger a reaction when the limit value is exceeded or not reached and, if necessary, to eliminate safety-related errors in good time.

Die Ausgabe des Warnsignals kann das Ausgeben eines Steuersignals an eine weitere Einrichtung des Fahrzeugs umfassen. Hierdurch kann etwa eine Ausgabe eines Warnsignals ausgelöst werden, zum Beispiel das Anzeigen einer Aufforderung an einen Nutzer, eine Werkstatt aufzusuchen. Ferner kann eine Abschaltung ausgeführt werden, insbesondere eine Notabschaltung. Dabei kann beispielsweise eine Trennung von elektrischen Verbindungen vorgesehen sein. Ferner kann anhand des Warnsignals ein sicherer Zustand des Systems hergestellt werden, etwa durch das Trennen relevanter elektrischer Verbindung zwischen Batteriepacks oder der Multipack-Anordnung und weiteren Elementen.The output of the warning signal can include the output of a control signal to another device of the vehicle. As a result, an output of a warning signal can be triggered, for example, displaying a request to a user to go to a workshop. Furthermore, a shutdown can be carried out, in particular an emergency shutdown. In this case, for example, a separation of electrical connections can be provided. Furthermore, a safe state of the system can be established based on the warning signal, for example by separating relevant electrical connections between battery packs or the multipack arrangement and other elements.

Bei einer Ausbildung ist die Multipack-Steuereinheit dazu eingerichtet, ein Anforderungssignal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Anforderungssignal zumindest ein Pack-Steuergerät so anzusteuern, dass der Zuschaltungszustand des jeweils zugeordneten Batteriepacks geändert wird. Dabei erfolgt insbesondere die Ansteuerung in Abhängigkeit von einem für das zugeordnete Batteriepack empfangenen Isolationszustand.In one embodiment, the multipack control unit is set up to receive a request signal and to control at least one pack control device as a function of the request signal in such a way that the connection state of the respectively associated battery pack is changed. In this case, in particular, the actuation takes place as a function of an insulation state received for the associated battery pack.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine Zuschaltstrategie der Batteriepacks in der Multipack-Anordnung so erreicht werden, dass ein selektives Zuschalten oder Trennen spezifischer Batteriepacks auch unter dem Aspekt des jeweiligen Isolationszustandes gesteuert wird. Insbesondere wird der Isolationszustand jedes zu einem Zeitpunkt nicht zugeschalteten Batteriepacks erfasst und auf diese Weise werden fehlerhaft isolierte Batteriepacks erkannt. Es kann nun vermieden werden, ein Batteriepack mit einem erkannten Isolationsfehler zuzuschalten. Dies kann insbesondere so ausgeführt werden, dass die Mobilität des Fahrzeug erhalten bleibt und der Nutzer beispielsweise nach dem Erhalt einer Warnmeldung noch selbst in die Werkstatt fahren kann, ohne dass dabei Gefahren auftreten.As a result, an activation strategy for the battery packs in the multipack arrangement can advantageously be achieved in such a way that selective connection or disconnection of specific battery packs is also controlled with regard to the respective insulation state. In particular, the insulation state of each battery pack that is not connected at a point in time is recorded, and in this way incorrectly insulated battery packs are identified. It can now be avoided to switch on a battery pack with a detected insulation fault. In particular, this can be carried out in such a way that the mobility of the vehicle is maintained and the user can still drive to the workshop himself, for example after receiving a warning message, without danger occurring in the process.

Bei dem Verfahren zum Betreiben eines System zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises in einem Fahrzeug mit Energie umfasst das System eine an den elektrischen Verbraucherkreis anschließbare Multipack-Anordnung mit zumindest einem ersten Batteriepack und einem zweiten Batteriepack und eine mit der Multipack-Anordnung gekoppelte Multipack-Steuereinheit. Bei dem Verfahren werden Zuschaltungszustände der Batteriepacks in der Multipack-Anordnung erfasst und in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen wird zumindest ein Isolationszustand eines Batteriepacks erfasst und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung wird anhand des empfangenen Isolationszustandes ausgeführt.In the method for operating a system for supplying an electrical consumer circuit in a vehicle with energy, the system comprises a multipack arrangement which can be connected to the electrical consumer circuit and has at least a first battery pack and a second battery pack, and a multipack control unit which is coupled to the multipack arrangement. In the method, connection states of the battery packs in the multipack arrangement are detected and, depending on the connection states, at least one insulation state of a battery pack is detected and insulation monitoring of the multipack arrangement is carried out using the received insulation state.

Das Verfahren ist insbesondere dazu ausgebildet, das System zu betreiben. Es weist daher dieselben Vorteile auf wie das erfindungsgemäße System.The method is designed in particular to operate the system. It therefore has the same advantages as the system according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1A bis 1C ein erstes Ausführungsbeispiel des Systems für parallel geschaltete Batteriepacks in einer Multipack-Anordnung; und
  • 2A bis 2B ein zweites Ausführungsbeispiel des Systems für in Serie geschaltete Batteriepacks in einer Multipack-Anordnung.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1A until 1C a first embodiment of the system for battery packs connected in parallel in a multipack arrangement; and
  • 2A until 2 B a second embodiment of the system for series-connected battery packs in a multi-pack arrangement.

Mit Bezug zu den 1A bis 1C wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Systems für parallel geschaltete Batteriepacks in einer Multipack-Anordnung erläutert.Related to the 1A until 1C a first embodiment of the system for battery packs connected in parallel in a multipack arrangement is explained.

Das System umfasst eine Multipack-Anordnung 20.The system includes a multipack assembly 20.

Die Multipack-Anordnung 20 umfasst in dem Beispiel drei Batteriepacks 22, 24, 26.In the example, the multipack arrangement 20 comprises three battery packs 22, 24, 26.

Bei dem in den 1A bis 1C gezeigten Beispiel sind die Batteriepacks 22, 24, 26 parallel geschaltet.At the in the 1A until 1C example shown, the battery packs 22, 24, 26 are connected in parallel.

Die Multipack-Anordnung 20 ist elektrisch mit einem Verbraucherkreis 10 eines Fahrzeugs 11 verbunden, wobei bei dem Beispiel auch die Multipack-Anordnung 20 von dem Fahrzeug 11 umfasst ist. Der Verbraucherkreis umfasst insbesondere einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs 11.The multi-pack arrangement 20 is electrically connected to a load circuit 10 of a vehicle 11 , the multi-pack arrangement 20 also being comprised by the vehicle 11 in the example. The consumer circuit includes in particular an electric drive of the vehicle 11.

Die elektrische Verbindung zwischen der Multipack-Anordnung 20 und dem Verbraucherkreis 10 erfolgt über einen Hochvolt (HV)-Anschluss. Der HV-Anschluss umfasst bei dem Beispiel einen negativen Pol HV- und einen positiven Pol HV+.The electrical connection between the multipack arrangement 20 and the consumer circuit 10 is made via a high-voltage (HV) connection. In the example, the HV connection includes a negative pole HV- and a positive pole HV+.

Es kann ein Schalter zum Schalten der Verbindung zwischen der Multipack-Anordnung und dem Verbraucherkreis 10 vorgesehen sein, insbesondere mit jeweils einem Schalter für die Pole HV-, HV+ des HV-Anschlusses.A switch for switching the connection between the multipack arrangement and the consumer circuit 10 can be provided, in particular with a switch each for the poles HV-, HV+ of the HV connection.

Die Batteriepacks 22, 24, 26 umfassen jeweils eine Vielzahl einzelner Batteriezellen (nicht dargestellt), die innerhalb des Batteriepacks 22, 24, 26 miteinander in Serie und/oder parallel geschaltet sind.The battery packs 22, 24, 26 each comprise a large number of individual battery cells (not shown) which are connected to one another in series and/or in parallel within the battery pack 22, 24, 26.

Dabei weist jedes der Batteriepacks 22, 24, 26 zwei Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b auf, nämlich einen ersten Zuschaltungs-Relaisschalter 22a zum Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung zwischen dem negativen Pol des Batteriepacks 22 zum negativen Pol des Anschlusses HV- und einen zweiten Zuschaltungs-Relaisschalter 22b zum Schließen oder Öffnen einer elektrischen Verbindung zwischen dem positiven Pol des Batteriepacks 22 zum positiven Pol des Anschlusses HV-.Each of the battery packs 22, 24, 26 has two connection relay switches 22a, 22b, namely a first connection relay switch 22a for closing or opening an electrical connection between the negative pole of the battery pack 22 to the negative pole of the connection HV and a second Enabling relay switch 22b for closing or opening an electrical connection between the positive pole of the battery pack 22 to the positive pole of the terminal HV-.

In den 1A bis 1C sind diese Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b nur für eines der Batteriepacks 22 mit Bezugszeichen versehen, sie sind jedoch bei allen Batteriepacks 22, 24, 26 in gleicher Weise vorgesehen. Das heißt, bei jedem einzelnen Batteriepack 22, 24, 26 können die elektrischen Verbindungen zum negativen Pol HV- und zum positiven Pol HV+ durch die zugeordneten Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b unabhängig geöffnet oder geschlossen werden, um das jeweilige Batteriepack 22, 24, 26 innerhalb der Multipack-Anordnung 20 zuzuschalten oder zu trennen.In the 1A until 1C these connection relay switches 22a, 22b are only provided with reference symbols for one of the battery packs 22, but they are provided in the same way for all battery packs 22, 24, 26. This means that for each individual battery pack 22, 24, 26, the electrical connections to the negative pole HV- and to the positive pole HV+ can be opened or closed independently by the associated connection relay switches 22a, 22b in order to switch off the respective battery pack 22, 24, 26 within the multipack arrangement 20 to connect or disconnect.

Jedes Batteriepack 22, 24, 26 weist ein ihm zugeordnetes Pack-Steuergerät 23, 25, 27 auf.Each battery pack 22, 24, 26 has a pack controller 23, 25, 27 assigned to it.

Die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 sind bei dem Beispiel in die jeweils zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26 integriert, sie können bei weiteren Ausführungsbeispielen auch separat davon ausgebildet sein.In the example, the pack control units 23, 25, 27 are integrated into the respective associated battery packs 22, 24, 26; in further exemplary embodiments, they can also be designed separately from them.

Die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 sind dazu eingerichtet, die jeweiligen Schaltungszustände der Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b der zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26 anzusteuern und dadurch auch den Zuschaltungszustand der Batteriepacks 22, 24, 26 innerhalb der Multipack-Anordnung 20 zu steuern.The pack control units 23, 25, 27 are set up to control the respective switching states of the connection relay switches 22a, 22b of the associated battery packs 22, 24, 26 and thereby also the connection state of the battery packs 22, 24, 26 within the multipack arrangement 20 to control.

Der Zuschaltungszustand eines Batteriepacks 22, 24, 26 ist bei dem Beispiel durch die Schalterstellungen der Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b definiert.In the example, the connection state of a battery pack 22, 24, 26 is defined by the switch positions of the connection relay switches 22a, 22b.

Es kann insbesondere ein (vollständig) getrennter Zuschaltungszustand eines Batteriepacks 22, 24, 26 definiert sein, bei dem beide Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b geöffnet sind und die elektrischen Verbindungen zum negativen HV- und positiven HV+ Pol des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 unterbrochen sind.In particular, a (completely) disconnected connection state of a battery pack 22, 24, 26 can be defined, in which both connection relay switches 22a, 22b are open and the electrical connections to the negative HV and positive HV+ pole of the connection of the multipack arrangement 20 are interrupted are.

Ferner kann insbesondere ein (vollständig) zugeschalteter Zuschaltungszustand eines Batteriepacks 22, 24, 26 definiert sein, bei dem beide Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b geschlossen sind und die elektrischen Verbindungen zum negativen HV- und positiven HV+ Pol des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 geschlossen sind.Furthermore, in particular a (completely) connected connection state of a battery pack 22, 24, 26 can be defined, in which both connection relay switches 22a, 22b are closed and the electrical connections to the negative HV and positive HV+ pole of the connection of the multipack arrangement 20 are closed are.

Zudem können gemischte Zustände vorgesehen sein, bei denen einer der Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b eines Batteriepacks 22, 24, 26 geöffnet und der andere geschlossen ist.In addition, mixed states can be provided in which one of the connection relay switches 22a, 22b of a battery pack 22, 24, 26 is open and the other is closed.

Die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 sind demnach dazu eingerichtet, die Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b der zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26 zu öffnen oder zu schließen.The pack control units 23, 25, 27 are accordingly set up to open or close the connection relay switches 22a, 22b of the associated battery packs 22, 24, 26.

Die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 sind ferner dazu eingerichtet, den Isolationszustand des jeweils zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26 zu erfassen. Hierzu ist bei dem Beispiel eine Messschaltung vorgesehen, die auf an sich bekannte Weise, insbesondere normgerecht, ausgebildet und dazu eingerichtet ist, einen Isolationswiderstand zwischen dem zugeordneten Batteriepack 22, 24, 26 und einem Chassis des Fahrzeugs 11 zu messen. Insbesondere werden dabei zwei Widerstandswerte gemessen, nämlich zwischen dem negativen Pol des Batteriepacks 22, 24, 26, etwa im Bereich des Zuschaltungs-Relaisschalters 22a für den negativen Pol, und dem Fahrzeugchassis sowie zwischen dem positiven Pol des Batteriepacks 22, 24, 26, etwa im Bereich des Zuschaltungs-Relaisschalters 22b für den positiven Pol, und dem Fahrzeugchassis.The pack control devices 23, 25, 27 are also set up to detect the insulation status of the respectively associated battery pack 22, 24, 26. For this purpose, a measuring circuit is present in the example seen, which is designed in a manner known per se, in particular in accordance with standards, and is set up to measure an insulation resistance between the associated battery pack 22, 24, 26 and a chassis of the vehicle 11. In particular, two resistance values are measured, namely between the negative pole of the battery pack 22, 24, 26, approximately in the area of the connection relay switch 22a for the negative pole, and the vehicle chassis and between the positive pole of the battery pack 22, 24, 26, approximately in the area of the positive pole activating relay switch 22b, and the vehicle chassis.

Das System umfasst ferner eine Multipack-Steuereinheit 30.The system also includes a multipack controller 30.

Bei dem Beispiel ist die Multipack-Steuereinheit 30 über einen Batterie-CAN-Bus 31 mit der Multipack-Anordnung 20 und/oder mit den einzelnen Batteriepacks 22, 24, 26 der Multipack-Anordnung 20 und/oder mit den Steuergeräten 23, 25, 27 der Batteriepacks 22, 24, 26 datentechnisch gekoppelt.In the example, the multipack control unit 30 is connected via a battery CAN bus 31 to the multipack arrangement 20 and/or to the individual battery packs 22, 24, 26 of the multipack arrangement 20 and/or to the control units 23, 25, 27 of the battery packs 22, 24, 26 coupled in terms of data technology.

Ferner ist die Multipack-Steuereinheit 30 bei dem Beispiel über einen Fahrzeug-CAN-Bus 32 mit dem Verbraucherkreis 10 oder einer anderen Einheit des Fahrzeugs 11, insbesondere mit einer Fahrzeug-Steuereinheit (nicht dargestellt), datentechnisch gekoppelt.Furthermore, in the example, multipack control unit 30 is coupled via a vehicle CAN bus 32 to consumer circuit 10 or another unit of vehicle 11, in particular to a vehicle control unit (not shown).

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel des Systems wird ausgenutzt, dass bei einer parallelen Schaltung der Batteriepacks 22, 24, 26 alle zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 prinzipiell gleichermaßen geeignet sind, um den Isolationszustand der Gesamtheit der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 zu erfassen. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass die mit dem positiven HV+ beziehungsweise negativen Pol HV- des HV-Anschlusses verbundenen Bereiche untereinander leitend verbunden sind und daher alle den gleichen gemeinsamen Isolationszustand aufweisen. Das heißt, es reicht aus, den Isolationszustand eines der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 mittels der ihm zugeordneten Pack-Steuereinheit 23, 25, 27 beziehungsweise mittels der Messschaltung zum Erfassen des Isolationszustandes zu erfassen.This first exemplary embodiment of the system makes use of the fact that when battery packs 22, 24, 26 are connected in parallel, all connected battery packs 22, 24, 26 are in principle equally suitable for detecting the insulation state of all connected battery packs 22, 24, 26. This is due in particular to the fact that the areas connected to the positive HV+ or negative pole HV- of the HV connection are conductively connected to one another and therefore all have the same common insulation state. This means that it is sufficient to detect the insulation status of one of the connected battery packs 22, 24, 26 by means of the pack control unit 23, 25, 27 assigned to it or by means of the measuring circuit for detecting the insulation status.

Zudem werden insbesondere die jeweiligen Isolationszustände der nicht zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 mittels der ihnen zugeordneten Pack-Steuereinheiten 23, 25, 27 beziehungsweise mittels ihrer Messschaltungen zum Erfassen des Isolationszustandes erfasst.In addition, in particular the respective insulation states of the battery packs 22, 24, 26 that are not connected are recorded by means of the pack control units 23, 25, 27 assigned to them or by means of their measuring circuits for recording the insulation state.

Nachfolgend wird anhand des in den 1A bis 1C gezeigten und oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiels des Systems ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens erläutert.The following is based on in the 1A until 1C shown and explained above first embodiment of the system, a first embodiment of the method is explained.

Die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 erfassen jeweils den Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26.The pack control devices 23, 25, 27 each record the connection status of the associated battery pack 22, 24, 26.

Die Zuschaltungszustände werden über das Batterie-Bus-System 31 an die Multipack-Steuereinheit 30 übertragen.The connection states are transmitted to the multipack control unit 30 via the battery bus system 31 .

Die Multipack-Steuereinheit 30 bestimmt anhand der empfangen Zuschaltungszustände eines der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26. Das diesem Batteriepack 22, 24, 26 zugeordnete Pack-Steuergerät 23, 25, 27 wird so angesteuert, dass es den Isolationszustand des Batteriepacks 22, 24, 26 erfasst und an die Multipack-Steuereinheit 30 überträgt.The multipack control unit 30 determines one of the connected battery packs 22, 24, 26 based on the connection states received , 26 is detected and transmitted to the multipack controller 30 .

Insbesondere erfolgt die Erfassung und Übertragung des Isolationszustands kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen.In particular, the insulation state is recorded and transmitted continuously or at predetermined time intervals.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird der erfasste Isolationszustand über das Batterie-Bus-System 31 an die Multipack-Steuereinheit 30 übertragen.In the exemplary embodiment, the detected insulation state is transmitted to the multipack control unit 30 via the battery bus system 31 .

Insbesondere wird das jeweils zuerst zugeschaltete Batteriepack 22, 24, 26 für die Erfassung des Isolationszustands bestimmt, während später zugeschaltete Batteriepacks 22, 24, 26 keine solche Erfassung ausführen.In particular, the battery pack 22, 24, 26 which is connected first is designated for the detection of the insulation state, while battery packs 22, 24, 26 which are connected later carry out no such detection.

Wird ein Batteriepack 22, 24, 26 innerhalb der Multipack-Anordnung 20 getrennt und ist dieses Batteriepack 22, 24, 26 derzeit für die Erfassung des Isolationszustandes der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 bestimmt, so wird nachfolgend insbesondere das nächste, zuvor zugeschaltete Batteriepack 22, 24, 26 für die Erfassung des Isolationszustandes der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 bestimmt.If a battery pack 22, 24, 26 within the multipack arrangement 20 is separated and this battery pack 22, 24, 26 is currently intended for detecting the insulation state of the connected battery packs 22, 24, 26, then the next battery pack previously connected in particular is selected 22, 24, 26 for detecting the insulation state of the connected battery packs 22, 24, 26 determined.

Ferner werden die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 der nicht zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 so angesteuert, dass sie ebenfalls jeweils den Isolationszustand des jeweils zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 erfassen und an die Multipack-Steuereinheit 30 übertragen.Furthermore, the pack control units 23, 25, 27 of the battery packs 22, 24, 26 that are not connected are controlled in such a way that they also record the insulation state of the respectively connected battery pack 22, 24, 26 and transmit it to the multipack control unit 30.

Insbesondere wird stets nur ein Isolationszustand gleichzeitig erfasst, um Störungen zu vermeiden.In particular, only one insulation state is recorded at a time in order to avoid disturbances.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Isolationszustände auf an sich bekannte Weise erfasst, insbesondere wird eine normgerechte Erfassung ausgeführt.In the exemplary embodiment, the insulation states are detected in a manner known per se, in particular a standard-compliant detection is carried out.

Dabei wird insbesondere ein Isolationswiderstand zwischen jeweils einem Pol des jeweiligen Batteriepacks 22, 24, 26 und dem Chassis des Fahrzeugs 11 erfasst.In particular, an insulation resistance between one pole of the respective bat teriepacks 22, 24, 26 and the chassis of the vehicle 11 detected.

Die Multipack-Steuereinheit 30 wertet die erfassten Isolationszustände aus. Dazu wird bei dem Beispiel der für die jeweiligen Batteriepacks 22, 24, 26 erfasste Isolationswiderstand mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen und beim Unterschreiten dieses vorbestimmten Schwellenwerts wird ein Warnsignal ausgegeben.The multipack control unit 30 evaluates the detected isolation states. For this purpose, in the example, the insulation resistance recorded for the respective battery packs 22, 24, 26 is compared with a predetermined threshold value and a warning signal is output if the value falls below this predetermined threshold value.

Das Warnsignal wird bei dem Beispiel über das Fahrzeug-Bus-System 32 an eine Fahrzeug-Steuereinheit übertragen, die in Abhängigkeit von dem Warnsignal die Ausgabe einer Warnmeldung an einen Fahrer auslöst. Dieser wird dadurch über das Vorliegen eines fehlerhaften Isolationszustands informiert und aufgefordert, eine Werkstatt aufzusuchen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich das System in einen sicheren Zustand gebracht werden, etwa durch Trennen von einzelnen oder allen Batteriepacks 22, 24, 26 vom Anschluss des Verbraucherkreises 10 oder innerhalb der Multipack-Anordnung 20 oder durch andere Maßnahmen.In the example, the warning signal is transmitted via the vehicle bus system 32 to a vehicle control unit, which triggers the output of a warning message to a driver as a function of the warning signal. The latter is thereby informed of the existence of a faulty insulation condition and prompted to visit a workshop. In further exemplary embodiments, the system can alternatively or additionally be brought into a safe state, for example by separating individual or all battery packs 22, 24, 26 from the connection of consumer circuit 10 or within multipack arrangement 20 or by other measures.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die Multipack-Steuereinheit 30 ein Anforderungssignal empfängt. Die Übertragung des Anforderungssignals erfolgt beispielsweise über das Fahrzeug-Bus-System 32.The exemplary embodiment also provides for the multipack control unit 30 to receive a request signal. The request signal is transmitted, for example, via the vehicle bus system 32.

Das Anforderungssignal kann zum Beispiel von einer Fahrzeug-Steuereinheit erzeugt und in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung des Verbraucherkreises 10 und der davon umfassten Einrichtungen gebildet werden. Zum Beispiel wird das Anforderungssignal so gebildet, dass eine Erhöhung der von der Multipack-Anordnung bereitgestellten Leistung erreicht wird.The request signal can be generated, for example, by a vehicle control unit and formed as a function of a power requirement from consumer circuit 10 and the devices included therein. For example, the request signal is formed in such a way that an increase in the power provided by the multipack arrangement is achieved.

Ferner kann ein Anforderungssignal gebildet werden, um das Fahrzeug in Betrieb zu nehmen und die Batteriepacks 22, 24, 26 in der Multipack-Anordnung 20 zuzuschalten. Umgekehrt kann ein Anforderungssignal gebildet werden, um die Batteriepacks 22, 24, 26 der Multipack-Anordnung durch Öffnen der Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b zu trennen. Das heißt, es wird ein Zuschaltungsmanagement ausgeführt.Furthermore, a request signal can be formed in order to put the vehicle into operation and to switch on the battery packs 22, 24, 26 in the multipack arrangement 20. Conversely, a request signal can be formed to disconnect the battery packs 22, 24, 26 of the multi-pack arrangement by opening the connection relay switches 22a, 22b. That is, connection management is performed.

In Abhängigkeit von dem empfangenen Anforderungssignal steuert die Multipack-Steuereinheit 30 die Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 so an, dass die Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b der jeweils zugeordneten Batteriepacks 22, 24, 26 im aktuellen Zustand gehalten, geöffnet oder geschlossen werden.Depending on the request signal received, the multipack control unit 30 controls the pack control devices 23, 25, 27 in such a way that the connection relay switches 22a, 22b of the respectively assigned battery packs 22, 24, 26 are kept in the current state, opened or closed .

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Multipack-Steuereinheit 30 anhand der zuvor empfangenen Zuschaltungszustände und Isolationszustände der Batteriepacks 22, 24, 26 eine Zuschaltstrategie bestimmt. Die Zuschaltstrategie umfasst insbesondere Daten zur gesamten Anzahl zugeschalteter Batteriepacks 22, 24, 26 und zur Auswahl der zugeschalteten oder getrennten Batteriepacks 22, 24, 26. Insbesondere kann dabei für einzelne Batteriepacks 22, 24, 26 eine Präferenz bestimmt werden, welche Batteriepacks 22, 24, 26 bevorzugt zugeschaltet oder getrennt werden.Provision can be made here for the multipack control unit 30 to determine a connection strategy on the basis of the previously received connection states and isolation states of the battery packs 22, 24, 26. The connection strategy includes in particular data on the total number of connected battery packs 22, 24, 26 and on the selection of connected or disconnected battery packs 22, 24, 26. In particular, a preference can be determined for individual battery packs 22, 24, 26 as to which battery packs 22, 24 , 26 are preferably connected or disconnected.

Bei dem Ausführungsbeispiel kann diese Zuschaltstrategie in Abhängigkeit von den für die Batteriepacks 22, 24, 26 erfassten Isolationszuständen erzeugt werden, etwa um eine Zuschaltung fehlerhaft isolierter Batteriepacks 22, 24, 26 zu vermeiden.In the exemplary embodiment, this switch-on strategy can be generated as a function of the insulation states detected for the battery packs 22, 24, 26, for example in order to avoid switching on incorrectly insulated battery packs 22, 24, 26.

Mit Bezug zu 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Systems für seriell geschaltete Batteriepacks in einer Multipack-Anordnung erläutert.In reference to 2 a second exemplary embodiment of the system for series-connected battery packs in a multi-pack arrangement is explained.

Das System des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen analog zu dem oben bezüglich 1A bis 1C beschriebenen System des ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Bereits oben erläuterte oder vergleichbare Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht im Detail erneut erläutert.The system of the second embodiment is essentially analogous to that referred to above 1A until 1C described system of the first embodiment formed. Elements that have already been explained above or that are comparable are therefore provided with the same reference symbols and will not be explained again in detail.

Im Unterschied zu dem oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Batteriepacks 22, 24 vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind.In contrast to the first embodiment explained above, two battery packs 22, 24 are provided in the second embodiment, which are connected in series.

Bei der hier gezeigten Konfiguration wird der Verbraucherkreis 10 nur dann mit elektrischer Energie versorgt, wenn beide Batteriepacks 22, 24 zugeschaltet sind, das heißt, wenn die jeweiligen Zuschaltungs-Relaisschalter 22a, 22b geschlossen sind. Andernfalls wird kein geschlossener Stromkreis gebildet.In the configuration shown here, the load circuit 10 is only supplied with electrical energy when both battery packs 22, 24 are connected, that is, when the respective connection relay switches 22a, 22b are closed. Otherwise no closed circuit will be formed.

Ferner ist bei der seriellen Verschaltung der Batteriepacks 22, 24 zu beachten, dass der positive Pol eines ersten der beiden Batteriepacks 22, 24 mit dem positiven Pol HV+ des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 verbunden ist. Hingegen ist der negative Pol eines zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Batteriepacks 24, 22 mit dem negativen Pol HV- des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 verbunden.Furthermore, when connecting the battery packs 22, 24 in series, it should be noted that the positive pole of a first of the two battery packs 22, 24 is connected to the positive pole HV+ of the connection of the multipack arrangement 20. In contrast, the negative pole of a second battery pack 24, 22, which is different from the first, is connected to the negative pole HV- of the connection of the multipack arrangement 20.

Um daher den Isolationszustand der Multipack-Anordnung 20 als Ganzem zu erfassen, wird - wenn beide Batteriepacks 22, 24 zugeschaltet sind - der Isolationszustand für den positiven Pol HV+ des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 am positiven Pol des damit verbundenen, ersten der beiden Batteriepacks 22, 24 erfasst. Ferner wird dabei der Isolationszustand für den negativen Pol HV- des Anschlusses der Multipack-Anordnung 20 am negativen Pol des damit verbundenen, zweiten Batteriepacks24, 22 erfasst.Therefore, in order to detect the insulation state of the multipack arrangement 20 as a whole, - when both battery packs 22, 24 are switched on - the insulation state for the positive pole HV + des Connection of the multipack arrangement 20 at the positive pole of the associated, first of the two battery packs 22, 24 is detected. Furthermore, the insulation state for the negative pole HV- of the connection of the multipack arrangement 20 at the negative pole of the second battery pack 24, 22 connected thereto is recorded.

Die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens werden für das zweite Ausführungsbeispiel analog ausgeführt.The steps of the method described above are carried out analogously for the second exemplary embodiment.

Bei gemischten Konfigurationen, bei denen in paralleler Schaltung mehrere Untergruppen von seriell verbundenen Batteriepacks 22, 24, 26 miteinander verbunden sind, erfolgt die Steuerung entsprechend den beiden angegebenen Ausführungsbeispielen. Insbesondere wird dabei eine seriell verschaltete Untergruppe von Batteriepacks 22, 24, 26 analog zu einem einzelnen von mehreren parallel geschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 innerhalb der Multipack-Anordnung 20 behandelt und angesteuert.In the case of mixed configurations, in which several subgroups of battery packs 22, 24, 26 connected in series are connected to one another in a parallel circuit, the control takes place in accordance with the two exemplary embodiments specified. In particular, a serially connected subgroup of battery packs 22 , 24 , 26 is treated and controlled in the same way as an individual battery pack 22 , 24 , 26 connected in parallel within the multipack arrangement 20 .

Bei beiden Ausführungsbeispielen kann der Isolationszustand der Multipack-Anordnung 20 bestimmt werden, ohne dass hierfür eine gesonderte Messeinrichtung vorhanden sein müsste, etwa eine Box an der Schnittstelle zwischen der Multipack-Anordnung 20 und dem Verbraucherkreis 10. Stattdessen kann auf Daten der bereits vorhandenen Messeinrichtungen der Batteriepacks 22, 24, 26 zurückgegriffen werden.In both exemplary embodiments, the insulation state of the multipack arrangement 20 can be determined without a separate measuring device having to be present for this purpose, such as a box at the interface between the multipack arrangement 20 and the consumer circuit 10. Instead, data from the already existing measuring devices of the Battery packs 22, 24, 26 are used.

Zusammengefasst steuert bei einem Multipack-System (MPS) im Falle von parallel geschalteten Batteriepacks 22, 24, 26 (wobei also jeweils nur ein Pack in Serie geschaltet ist, one-pack-in-series-configuration) das Multipack-Steuergerät 30 (etwa ein vehicle interface gate, VIG) eines der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26, um anhand von dessen Messwerten die Isolationsüberwachung des gesamten Multipack-Systems auszuführen. Solange nur jeweils ein Batteriepack 22, 24, 26 für sich in Serie geschaltet ist (das heißt, alle Batteriepacks 22, 24, 26 sind zueinander parallel geschaltet), hat jedes zugeschaltete Batteriepack 22, 24, 26 eine direkte elektrische Verbindung zum positiven HV+ und negativen Pol HV- des Anschlusses des Multipack-Systems. Anhand der Messungen des Isolationswiderstands für ein angeschlossenes Batteriepack 22, 24, 26 kann daher der Isolationszustand für das gesamte Multipack-System bestimmt und überwacht werden.In summary, in a multipack system (MPS), in the case of battery packs 22, 24, 26 connected in parallel (where only one pack is connected in series at a time, one-pack-in-series configuration), the multipack control device 30 (approx a vehicle interface gate, VIG) of one of the connected battery packs 22, 24, 26, in order to use its measured values to monitor the insulation of the entire multipack system. As long as only one battery pack 22, 24, 26 is connected in series (i.e. all battery packs 22, 24, 26 are connected in parallel with one another), each connected battery pack 22, 24, 26 has a direct electrical connection to the positive HV+ and negative pole HV- of the connection of the multipack system. Based on the insulation resistance measurements for a connected battery pack 22, 24, 26, the insulation status for the entire multipack system can therefore be determined and monitored.

Wenn ein Batteriepack 22, 24, 26, das gerade aktiv Messungen des Isolationswiderstands ausführt, getrennt wird, dann übernimmt ein weiteres zugeschaltetes Batteriepack 22, 24, 26 die Erfassung, bis alle Batteriepacks 22, 24, 26 getrennt sind und die Isolationswiderstände für sich selbst erfassen.If a battery pack 22, 24, 26 that is actively making insulation resistance measurements is disconnected, then another battery pack 22, 24, 26 that is connected will take over the measurement until all battery packs 22, 24, 26 are disconnected and the insulation resistances for themselves capture.

In dem Fall, dass in dem Multipack-System mehr als ein Batteriepack 22, 24, 26 in Serie geschaltet ist, steuert das Multipack-Steuergerät 30 (etwa ein vehicle interface gate, VIG) ein erstes der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26, das an den positiven Pol HV+ des Anschlusses des Multipack-Systems angeschlossen ist, so an, dass es den Isolationszustand für diesen positiven Pol HV+ erfasst, während durch dieses erste Batteriepack keine Erfassung für den negativen Pol HV- erfolgt. Zudem wird ein zweites der zugeschalteten Batteriepacks 22, 24, 26, das an den negativen Pol HV- des Anschlusses des Multipack-Systems angeschlossen ist, so angesteuert, dass es den Isolationszustand für diesen negativen Pol HV- erfasst, während durch dieses zweite Batteriepack keine Erfassung für den positiven Pol HV+ erfolgt. Anhand der Messungen des Isolationswiderstands für diese beiden Pole HV+, HV- kann daher der Isolationszustand für das gesamte Multipack-System bestimmt und überwacht werden.In the event that more than one battery pack 22, 24, 26 is connected in series in the multipack system, the multipack control device 30 (such as a vehicle interface gate, VIG) controls a first of the connected battery packs 22, 24, 26, connected to the positive pole HV+ of the connector of the multipack system, in such a way that it detects the insulation state for this positive pole HV+, while this first battery pack does not detect the negative pole HV-. In addition, a second of the connected battery packs 22, 24, 26, which is connected to the negative pole HV- of the connection of the multipack system, is controlled in such a way that it detects the insulation state for this negative pole HV-, while this second battery pack does not Detection for the positive pole HV+ done. Based on the insulation resistance measurements for these two poles HV+, HV-, the insulation status for the entire multipack system can therefore be determined and monitored.

In diesem Fall sind Hardware und Software der Batteriepacks 22, 24, 26 beziehungsweise der zugeordneten Pack-Steuergeräte 23, 25, 27 so gebildet, dass sie die Messungen für den positiven und negativen Pol voneinander trennen können, um damit auch getrennte Werte für die Pole HV+, HV- des HV-Anschlusses zu erfassen.In this case, the hardware and software of the battery packs 22, 24, 26 and the associated pack control devices 23, 25, 27 are designed in such a way that they can separate the measurements for the positive and negative poles, in order to also obtain separate values for the poles HV+, HV- of the HV connection.

Bei der Ansteuerung der Erfassung der Isolationszustände durch die Steuereinheit 30 (etwa ein vehicle interface gate, VIG) können für jedes Batteriepack 22, 24, 26 vier Steuersignale vorgehen, sein, nämlich:

  • 1) Aktivieren
  • 2) Deaktivieren
  • 3) Aktivieren für die (HV+)-Seite
  • 4) Aktivieren für die (HV-)-Seite
When controlling the detection of the insulation states by the control unit 30 (such as a vehicle interface gate, VIG), four control signals can occur for each battery pack 22, 24, 26, namely:
  • 1) Activate
  • 2) Disable
  • 3) Activate for the (HV+) side
  • 4) Activate for the (HV-) side

BezugszeichenlisteReference List

1010
Elektrischer VerbraucherkreisElectrical consumer circuit
1111
Fahrzeugvehicle
2020
Multipack-AnordnungMultipack arrangement
22, 24, 2622, 24, 26
Batteriepackbattery pack
22a22a
Zuschaltungs-Relaisschalter (negativer Pol)Enabling Relay Switch (Negative Pole)
22b22b
Zuschaltungs-Relaisschalter (positiver Pol)Enabling Relay Switch (Positive Pole)
23, 25, 2723, 25, 27
Pack-SteuergerätePack control units
3030
Multipack-SteuereinheitMultipack control unit
3131
CAN-Bus (Batterie-CAN-Bus)CAN bus (battery CAN bus)
3232
CAN-Bus (Fahrzeug-CAN-Bus)CAN bus (vehicle CAN bus)
HV+HV+
Anschluss (positiver Pol)connection (positive pole)
HV-HV
Anschluss (negative Pol)connection (negative pole)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 20130154656 A1 [0011]US20130154656A1[0011]
  • US 20150048798 A1 [0012]US 20150048798 A1 [0012]
  • US 20160091551 A1 [0013]US20160091551A1 [0013]

Claims (9)

System zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises (10) in einem Fahrzeug (11) mit Energie; umfassend eine an den elektrischen Verbraucherkreis (10) anschließbare Multipack-Anordnung (20) mit zumindest einem ersten Batteriepack (22) und einem zweiten Batteriepack (24, 26); und eine mit der Multipack-Anordnung (20) gekoppelte Multipack-Steuereinheit (30); wobei dem ersten (22) und dem zweiten Batteriepack (24, 26) jeweils ein Pack-Steuergerät (23, 25, 27) zugeordnet ist; wobei die Pack-Steuergeräte (23, 25, 27) dazu eingerichtet sind, jeweils einen Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) in der Multipack-Anordnung (20) zu steuern sowie einen Isolationszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) zu erfassen; wobei die Multipack-Steuereinheit (30) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen des ersten (22) und zweiten Batteriepacks (24, 26) den von zumindest einem Pack-Steuergerät (23, 25, 27) erfassten Isolationszustand zu empfangen und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung (20) anhand des empfangenen Isolationszustandes auszuführen.System for supplying an electrical consumer circuit (10) in a vehicle (11) with energy; full a multipack arrangement (20) which can be connected to the electrical load circuit (10) and has at least a first battery pack (22) and a second battery pack (24, 26); and a multipack controller (30) coupled to the multipack assembly (20); whereby a pack control unit (23, 25, 27) is assigned to each of the first (22) and the second battery pack (24, 26); whereby the pack control devices (23, 25, 27) are set up to control a connection state of the associated battery pack (22, 24, 26) in the multipack arrangement (20) and an isolation state of the associated battery pack (22, 24, 26 ) capture; whereby the multipack control unit (30) is set up to receive the insulation status detected by at least one pack control device (23, 25, 27), depending on the connection status of the first (22) and second battery pack (24, 26), and insulation monitoring of the multipack arrangement (20) based on the received isolation state. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pack-Steuergeräte (23, 25, 27) dazu eingerichtet sind, zum Steuern des jeweiligen Zuschaltungszustands einen Zuschaltungs-Relaisschalter für das zugeordnete Batteriepack (22, 24, 26) anzusteuern, wobei durch Schließen des Zuschaltungs-Relaisschalters ein zugeschalteter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) und durch Öffnen des Zuschaltungs-Relaisschalters ein getrennter Zuschaltungszustand des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) erhalten wird.Device according to claim 1 , characterized in that the pack control units (23, 25, 27) are set up to control a connection relay switch for the associated battery pack (22, 24, 26) to control the respective connection state, with closing the connection relay switch on connected connection state of the associated battery pack (22, 24, 26) and a disconnected connection state of the associated battery pack (22, 24, 26) is obtained by opening the connection relay switch. Vorrichtung gemäß einem der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipack-Steuereinheit (30) dazu eingerichtet ist, zum Ausführen der Isolationsüberwachung die Pack-Steuergeräte (23, 25, 27) so anzusteuern, dass bei einer Mehrzahl von Batteriepacks im zugeschalteten Zuschaltungszustand der Isolationszustand des zuerst zugeschalteten Batteriepacks empfangen wird.Device according to one of claim 2 , characterized in that the multipack control unit (30) is set up to control the pack control devices (23, 25, 27) in order to carry out the insulation monitoring in such a way that, in the case of a plurality of battery packs in the connected connection state, the insulation status of the battery pack connected first is received becomes. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pack-Steuergeräte (23, 25, 27) zum Erfassen des Isolationszustands des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) jeweils eine Isolations-Messschaltung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einen Isolationswiderstandes zwischen dem zugeordneten Batteriepack (22, 24, 26), insbesondere einem Anschluss beziehungsweise elektrischen Pol des zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26), und einem Chassis des Fahrzeugs (11) zu messen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pack control devices (23, 25, 27) for detecting the insulation state of the associated battery pack (22, 24, 26) each have an insulation measuring circuit which is set up to measure an insulation resistance to measure between the associated battery pack (22, 24, 26), in particular a connection or electrical pole of the associated battery pack (22, 24, 26), and a chassis of the vehicle (11). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipack-Steuereinheit (30) ferner dazu eingerichtet ist, ein Zuschaltmanagement in Abhängigkeit von den für die Batteriepacks (22, 24, 26) erfassten Isolationszuständen auszuführen, insbesondere in Abhängigkeit von den für getrennte Batteriepacks (22, 24, 26) erfassten Isolationszuständen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the multipack control unit (30) is also set up to carry out connection management as a function of the insulation states detected for the battery packs (22, 24, 26), in particular as a function of the separate ones Battery packs (22, 24, 26) detected insulation conditions. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipack-Steuereinheit (30) über ein Batterie-Bus-System (31), insbesondere über einen Batterie-CAN-Bus (31), datentechnisch mit der Multipack-Anordnung (20) gekoppelt ist, insbesondere mit den Pack-Steuergeräten (23, 25, 27) der Batteriepacks (22, 24, 26) der Multipack-Anordnung (20).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the multipack control unit (30) communicates with the multipack arrangement (20) in terms of data technology via a battery bus system (31), in particular via a battery CAN bus (31). is coupled, in particular with the pack control devices (23, 25, 27) of the battery packs (22, 24, 26) of the multipack arrangement (20). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipack-Steuereinheit (30) dazu eingerichtet ist, bei der Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung (20) einen Vergleich des empfangenen Isolationszustands mit einem Grenzwert auszuführen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ein Warnsignal zu erzeugen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the multipack control unit (30) is set up to carry out a comparison of the received insulation state with a limit value during the insulation monitoring of the multipack arrangement (20) and depending on the result of the comparison a warning signal to create. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipack-Steuereinheit (30) dazu eingerichtet ist, ein Anforderungssignal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Anforderungssignal ein Pack-Steuergerät (23, 25, 27) so anzusteuern, dass der Zuschaltungszustand des jeweils zugeordneten Batteriepacks (22, 24, 26) geändert wird; wobei insbesondere die Ansteuerung in Abhängigkeit von einem für das zugeordnete Batteriepack (22, 24, 26) empfangenen Isolationszustand erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the multipack control unit (30) is set up to receive a request signal and to control a pack control device (23, 25, 27) as a function of the request signal such that the connection state of the respectively associated battery packs (22, 24, 26) is changed; In particular, the control takes place as a function of an insulation state received for the associated battery pack (22, 24, 26). Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Versorgen eines elektrischen Verbraucherkreises (10) in einem Fahrzeug (11) mit Energie, wobei das System umfasst: eine an den elektrischen Verbraucherkreis (10) anschließbare Multipack-Anordnung (20) mit zumindest einem ersten Batteriepack (22) und einem zweiten Batteriepack (24, 26); und eine mit der Multipack-Anordnung (20) gekoppelte Multipack-Steuereinheit (30); wobei bei dem Verfahren: Zuschaltungszustände der Batteriepacks (22, 24, 26) in der Multipack-Anordnung (20) erfasst werden; und in Abhängigkeit von den Zuschaltungszuständen zumindest ein Isolationszustand eines Batteriepacks (22, 24, 26) erfasst und eine Isolationsüberwachung der Multipack-Anordnung (20) anhand des empfangenen Isolationszustandes ausgeführt wird.Method for operating a system for supplying an electrical consumer circuit (10) in a vehicle (11) with energy, the system comprising: a multipack arrangement (20) which can be connected to the electrical consumer circuit (10) and has at least one first battery pack (22) and a second battery pack (24, 26); and a multipack controller (30) coupled to the multipack assembly (20); wherein in the method: connection states of the battery packs (22, 24, 26) in the multipack arrangement (20) are detected; and at least one insulation status of a battery pack (22, 24, 26) and insulation monitoring are detected as a function of the connection statuses of the multipack arrangement (20) based on the received isolation status.
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