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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb
einer wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung und zur Erfassung von
Betriebsdaten, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuerungsvorrichtung.
Die Erfindung wird in Bezug auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug und
die Steuerung dessen wiederaufladbarer Energiespeichereinrichtung
zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs beschrieben.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung mit den
Merkmalen der Ansprüche
wiederaufladbare Energiespeichereinrichtungen auch unabhängig von
Kraftfahrzeugen bzw. im stationären
Einsatz betreiben kann.
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Aus
dem Stand der Technik sind Steuerungsvorrichtungen für wiederaufladbare
Energiespeichereinrichtungen aus galvanischen Zellen bekannt. Solche
Vorrichtungen steuern beispielsweise die Ladung/Entladung angeschlossener
galvanischer Zellen und greifen ggf. in diese Vorgänge ein,
um unerwünschte
Zustände
einzelner Zellen zu beseitigen. Dazu werden üblicherweise elektrische Spannungen, Temperaturen
und/oder Ladungszustände
angeschlossener galvanischer Zellen ermittelt und bewertet. Im Anschluss
an eine Bewertung greifen diese bekannten Steuerungsvorrichtungen
ggf. korrigierend in Vorgänge
ein.
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Derartige
Steuerungsvorrichtungen sind dabei anforderungsgerecht nicht in
der Lage, während des
Betriebs eines wiederaufladbaren Energiespeichers ausreichende Informationen über dessen
Betriebszustände
zu sammeln, welche der Unterstützung
von Diagnosevorgängen
sowie der Vorhersage einer Restlebensdauer der betriebenen Energiespeichereinrichtung
dienen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während des
Betriebs eines wiederaufladbaren Energiespeichers ausreichende Daten
zu sammeln sowie Auswertungen zur Unterstützung von Diagnosevorgängen und
zur Vorhersage einer Restlebensdauer des Energiespeichers zu erstellen. Diese
Aufgabe wird mit einer Steuerungsvorrichtung und einem Verfahren
zu deren Betrieb gemäß den Merkmalen
der Ansprüche
gelöst.
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Die
Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb einer
wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung. Diese wiederaufladbare
Energiespeichereinrichtung weist wenigstens eine galvanische Zelle
zur Speicherung elektrischer Energie auf. Diese wiederaufladbare
Energiespeichereinrichtung ist insbesondere zur Versorgung eines
elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs bestimmt. Diese Steuerungsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine erste Steuerungseinrichtung
zum kontrollierten Betrieb einer angeschlossen galvanischen Zelle
aufweist. Weiterhin verfügt
diese Steuerungsvorrichtung über
eine Messeinrichtung, welche in der Lage ist, wenigstens einen Funktionsparameter
wenigstens einer angeschlossenen galvanischen Zelle zu ermitteln.
Ferner verfügt
diese Steuerungsvorrichtung über
eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung wenigstens eines gemessenen
Funktionsparameters dieser wenigstens einen angeschlossenen galvanischen
Zelle. Zudem weist die Steuerungsvorrichtung eine erste Speichereinheit
zur Ablage von Daten auf. Diese Daten umfassen zumindest diesen
gemessenen Funktionsparameter oder eine davon abgeleitete Größe, wobei
gemeinsam mit dieser ein Wert abgespeichert wird, der Aufschluss über den
Zeitpunkt der Messung gibt.
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Gemäß dem Hauptanspruch
weist die wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung wenigstens
eine galvanische Zelle auf. Es ist jedoch durchaus möglich, dass
mehrere galvanische Zellen in verschiedenen Schaltungsarten (Reihenschaltung und/oder
Parallelschaltung dieser Zellen) diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung
bilden. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
ist auch zum Betrieb derart aufgebauter Energiespeicher in der Lage.
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Eine
sogenannte galvanische Zelle weist wenigstens eine erste und eine
zweite Einrichtung zur Speicherung elektrisch unterschiedlicher
Ladungen, sowie ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung
dieser beiden genannten Einrichtungen auf, wobei Ladungsträger zwischen
diesen beiden genannten Einrichtungen verschoben werden können. Unter
dem Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung ist
beispielsweise ein sogenannter Elektrolyt zu verstehen, welcher
als Ionenleiter wirkt.
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Unter
der genannten Messeinrichtung ist eine Einrichtung zur Erfassung
eines Funktionsparameters einer galvanischen Zelle zu verstehen.
Im vorliegenden Fall sind dies beispielsweise Einrichtungen zum
Messen elektrischer Größen, wie
beispielsweise elektrischer Spannung, elektrischen Stroms, elektrischer
Ladung, aber auch der Temperatur einer galvanischen Zelle.
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Unter
Funktionsparametern sind solche physikalischen Größen zu verstehen,
welche zur Beschreibung einer galvanischen Zelle dienlich sein können. Diese
sind z. B. die elektrische Kapazität einer solchen Zelle, die
zwischen den beiden Polen dieser Zelle messbare elektrische Spannung
im Leerlauf oder als lastabhängige
Klemmenspannung, die Stärke
eines zur Ladung oder Entladung führenden elektrischen Stroms,
der Innenwiederstand einer galvanischen Zelle, mit welchem technische
Spannungsquellen in aller Regel behaftet sind, die bereits geladene
oder verfügbare
elektrische Ladung der galvanischen Zelle, Leckströme zwischen
den Polen innerhalb dieser galvanischen Zelle, oder auch die Temperatur
der Zelle, welche aus praktischen Gründen möglicherweise nur von außen gemessen
wird. Je nach den Anforderungen an den Betrieb dieser wiederaufladbaren
Energiespeichereinrichtung können
noch andere physikalische Größen von
Interesse sein.
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Die
genannte Auswerteeinrichtung dient z. B. der Nutzbarmachung eines
gemessenen Funktionsparameters zur weiteren Verarbeitung durch diese
erste Steuerungseinrichtung. So liefern nicht alle Messeinrichtungen
als Ergebnis eine elektrische Spannung. Beispielsweise muss ein
Lade- oder Entladestrom in eine proportionale Spannung umgerechnet
werden. Das gilt ggf. auch für
eine gemessene Temperatur.
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Die
Steuerungsvorrichtung weist weiterhin eine erste Speichereinheit
auf. Diese erste Speichereinheit dient dazu, gemessene Funktionsparameter oder
daraus abgeleitete Größen abzuspeichern,
wie z. B. zugehörige
integrierte oder differenzierte Werte. Gemeinsam mit diesen Werten
wird auch eine zeitliche Zuordnung abgespeichert, um die Vorgänge in den
galvanischen Zellen später
auch zeitlich nachvollziehen zu können.
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Die
Steuerungsvorrichtung ist in der Lage, die zeitliche Entwicklung
eines Funktionsparameters zu überwachen.
Einer gemessener und ausgewerteter Funktionsparameter wird mit einem
Zielwert für diesen
Funktionsparameter verglichen. Das geschieht rechnerisch durch Bildung
einer Differenz zwischen dem ausgewerteten und dem vorgegebenen
Wert (Zielwert). Den dazu erforderlichen Zielwert entnimmt diese
erste Steuerungseinrichtung dieser ersten Speichereinheit. Ermittelte
Differenzen aus vorliegenden und beabsichtigten Werten (Zielwert) dieser
Funktionsparameter werden zur Beurteilung des Zustands der wiederaufladbaren
Energiespeichereinrichtung verwendet.
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Abhängig von
diesen errechneten Differenzen kann diese erste Steuerungseinrichtung
aufgrund eines ihr zur Beachtung vorgegebenen, und in dieser ersten
zugeordneten Speichereinheit abgespeicherten, Regelwerks für erforderlich
befinden, eine oder mehrere Maßnahmen
aus einer Gruppe vorgegebener Maßnahmen zur Verringerung dieser errechneten
Differenzen auszuwählen.
Durch solch eine ergriffene Maßnahme
soll ein Funktionsparameter einer galvanischen Zelle wieder in einen
gewünschten
Bereich überführt werden.
Beispielsweise kann diese erste Steuerungseinheit eine Kühl- oder Löscheinrichtung
zuschalten.
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Unter
Umständen
kann es geschehen, dass eine oder mehrere von der ersten Steuerungseinrichtung
eingeleitete Maßnahmen
zur Rückführung eines Funktionsparameters
in einen Zielbereich nicht zum gewünschten Ergebnis führen. In
diesen Fällen,
in denen diese errechneten Differenzen nicht wunschgemäß verringert
werden können,
kann diese erste Steuerungseinrichtung die sich in einem unerwünschten
Zustand befindliche galvanische Zelle abschalten bzw. deren Zuleitungen
unterbrechen. Dies ist quasi die letzte der der ersten Steuerungseinrichtung
zur Verfügung
stehende Maßnahme,
welche dazu dienen soll, einen möglichen
Schaden für
diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung oder die betreibende
Steuerungsvorrichtung zu vermeiden.
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Diese
erste Steuerungsreinrichtung ist in der Lage, rechnerisch einen
rückblickenden
zeitlichen Verlauf eines beliebigen Funktionsparameter einer beliebigen
galvanischen Zelle zu erstellen. Bei Bedarf wird die erste Steuerungsvorrichtung
diesen zeitlichen Verlauf mit einem vorgegebenen Verlauf vergleichen,
wobei dieser vorgegebene Verlauf eines Funktionsparameters in der
ersten Speichereinheit abgespeichert ist. Die Ergebnisse solch eines
Vergleichs können
wiederum in dieser ersten Speichereinheit abgespeichert werden.
Diese Vergleiche und ihre Bewertungen können eine gegebenenfalls durchgeführte Diagnose
eines Betriebsvorfalls unterstützen.
Aus solchen Verläufen
kann ein Fachmann Erkenntnisse zu zeitlichen Abfolgen von Ereignissen und
Entwicklungen von einzelnen Funktionsparametern gewinnen.
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Für eine kundige
Person kann insbesondere die Kenntnis der Temperatur oder des Ladezustands einer
galvanischen Zelle von Bedeutung sein. Diese erste Steuerungseinrichtung
kann daher insbesondere mit der Kontrolle der Temperatur einer Zelle
oder ihres Ladezustands befasst sein. Unter dem Ladezustand sind
physikalische Größen wie
die konstruktive elektrische Kapazität einer Zelle, das tatsächlich erzielbare
elektrische Fassungsvermögen
einer Zelle, eine gegenwärtig
messbare Spannung zwischen den Polen einer Zelle und andere zu verstehen.
Um einer unerwünschten
Temperatur einer galvanischen Zelle zu begegnen, kann diese erste
Steuerungseinrichtung beispielsweise eine Kühleinrichtung zu- oder abschalten.
Unerwünschten
Ladezuständen
kann durch die Verlagerung von Ladung zwischen beispielsweise benachbarten
galvanischen Zellen begegnet werden. Beispielsweise wird ein Ladevorgang einer
galvanischen Zelle unterbrochen bzw. abgebrochen, oder eine galvanische
Zelle wird über
einen Widerstand wenigstens teilweise entladen.
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In
dieser ersten Speichereinheit ist eine Rechenvorschrift abgespeichert,
welche es dieser ersten Steuerungseinrichtung gestattet, aus einem
gemessenen Verlauf eines Funktionsparameters auf dessen künftige Entwicklung
zu schließen.
Bei dieser Rechenvorschrift kann es sich um eine einfache, und die
Physik der Zelle nur unzureichend abbildende, Extrapolation oder
eine dieser Physik besser angepasste Vorschrift handeln. Mit Hilfe
einer Vorhersage für
einen Funktionsparameter kann dessen unerwünschter Entwicklung durch rechtzeitige
Einleitung korrigierender Maßnahmen
vorgebeugt werden. So können
beispielsweise kumulierende Schädigungen derart
betriebener galvanischer Zellen verringert werden. Dadurch wird
deren Lebensdauer erhöht.
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Insbesondere
kann die Vermeidung unerwünschter
Temperaturen oder Ladezustände
lebensdauerverlängernd
wirken.
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Beispielhaft
ist nachfolgend eine Rechenvorschrift für die Ermittlung der Temperatur
einer galvanischen Zelle genannt. Die Temperatur einer galvanischen
Zelle ist abhängig
von deren Bauart und den Einsatzbedingungen. Es wird angenommen,
dass die Temperatur einer Zelle durch das Zusammenwirken eines Wärmestroms
aus der Umgebung Q .∞ (zumindest natürliche Konvektion)
sowie einer elektrischen Heizleistung PE aus
dem Lade- bzw. Entladestrom beeinflusst wird. Das ergibt sich aus
einer Wärmestrombilanz
bezüglich
der galvanischen Zelle. Dass es sich um eine idealisierten Zusammenhang
handelt, wird durch das Näherungszeichen ≈ verdeutlicht. CpT . ≈ Q .∞ +
PE = –k·A·ΔT + I2·R
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Dabei
steht Cp für die Wärmekapazität der Zelle, T . für deren
Temperaturgradienten, k für
den Wärmedurchgangskoeffizienten
betreffend den Wärmestrom
durch die Zellwand, A steht für
deren Fläche, ΔT steht für die zeitliche
veränderliche
Differenz aus Außen-
und Zelltemperatur, I steht für
den zeitlich veränderlichen
Lade- bzw. Entladestrom und R für den
elektrischen Widerstand der Zelle. Diese Differenzialgleichung ist
unter Verwendung der Rand- und Anfangsbedingungen des Betriebs der
galvanischen Zelle zu lösen.
Man erhält
ein erstes mathematisches Modell der Zelltemperatur als Funktion
der Zeit.
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In
der Praxis ist die Verwendung des oben genannten mathematischen
Modells durch Unzulänglichkeiten
der Messung der gegenwärtigen
Zelltemperatur sowie das Vorliegen instationärer und mehrdimensionaler Wärmeleitung
erschwert. Aus dem Betrieb im Labor können Erfahrungswerte zur Anpassung
der oben genannten Rechenvorschrift an die reale Zelle gewonnen
werden. Ein derart verbessertes mathematisches Temperaturmodell
gestattet eine Vorhersage der Zelltemperatur mit deutlich geringeren
Fehlern.
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Zur
Erzielung noch höherer
Genauigkeit kann das verwendete Temperaturmodell von Zeit zu Zeit
angepasst werden. Dazu können
Ergebnisse und Erkenntnisse aus weiteren Messungen im Labor dienen,
wobei das Temperaturmodell etwa im Rahmen von Wartungsvorgängen ersetzt
würde.
Das Temperaturmodell kann aber auch aufgrund der Beobachtung von
Betriebszuständen
mittels eines installierten Regelkreises als selbstlernendes Modell
ausgebildet sein.
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Mit
fortschreitendem Alter einer galvanischen Zelle ändert sich deren Verhalten,
sodass beispielsweise ein unveränderter
Ladevorgang zu verringerter Ladung oder verfügbarer Spannung der Zelle führt. Bei
hohem Anspruch an die Genauigkeit der Vorhersage ist eine Anpassung
des Modells erforderlich.
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Die
vorgenannten Verfahren zur Entwicklung eines Temperaturmodells können auch
auf andere Funktionsparameter angewendet werden, beispielsweise
auf die gespeicherte elektrische Ladung einer galvanischen Zelle
oder deren elektrische Spannung. Als Ausgangspunkt zur Modellentwicklung
dient beispielsweise eine Bilanz zum elektrischen Strom. Auch besteht
mittels der elektrischen Heizleistung ein Zusammenhang zwischen
dem thermischen und elektrischen Verhalten einer galvanischen Zelle.
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Es
ist von Vorteil, eine mathematische Modellierung des elektrischen
bzw. thermischen Verhaltens einer galvanischen Zelle auf Grundlage
einer gegebenen Ausführungsform
zu erarbeiten. Beispielsweise kann das mathematische Modell des thermischen
Verhaltens um Terme und Justierfaktoren ergänzt werden, welche dem mehrdimensionalen und
instationären
Wärmedurchgang
durch eine Wand einer oder mehrerer galvanischer Zellen Rechnung
tragen. Ähnliches
gilt für
ein mathematisches Modell zum elektrischen Verhalten einer oder
mehrerer Zelle. Justierfaktoren solcher Modelle bedürfen der
Anpassung aus dem Vergleich mit dem tatsächlichen thermischen Verhalten.
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Die
gegebene Ausführungsform
ist im Labor verschiedensten Betriebszuständen entsprechend den wahrscheinlichen
Rand- und Einsatzbedingungen der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtungen
auszusetzen. Betriebspläne
zur Abdeckung möglicher
Werte von Parametern zu beispielsweise Temperatur, Ladezustand und
Alterungszustand der Zelle sind zu verfassen. Die Anwendung von
Parameterschätzalgorithmen
kann dabei zur Bestimmung der Schwankungsbreite eines beliebigen
Parameters und somit zur Bestätigung
oder ggf. zur Ausweitung der Betriebs- und Messpläne dienen.
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Der
Laborbetrieb einer gegebenen wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
mit dem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem kann,
ebenso wie die Messdatenerfassung, automatisiert (rechnergestützt) erfolgen,
was der Erhöhung der
Wiederholgenauigkeit der Untersuchungen dient. Im Laborbetrieb kann
die Instrumentierung bzw. Sensorik umfangreicher gewählt werden,
als für
den späteren
wirtschaftlichen Serieneinsatz vorgesehen ist. Die wiederaufladbare
Energiespeichereinrichtung kann im Laborbetrieb mit beherrschbarem
Risiko auch jenseits und außerhalb
anforderungsgemäßer Betriebsbedingungen
belastet werden. Gerade diese Betriebart führt zum Erkenntnisgewinn und
kann als Grundlage für
die Erarbeitung von Abstellmaßnahmen
dienen.
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Gegebenenfalls
können
im Laborbetrieb die Betriebsbedingungen oder die Instrumentierung (Sensorik)
kurzfristig an gewonnene Erkenntnisse angepasst werden. Gewonnene
Messdaten können auch
kurzfristig zur Überarbeitung
eines mathematischen Modells dienen. Im Labor ist eine schrittweise und
zügige
Verfeinerung der mathematischen Modelle möglich.
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Wenn
Zustandsgrößen bzw.
Funktionsparameter einer galvanischen Zelle nicht oder nur schwierig
messbar sind, oder beispielsweise aus Kostengründen auf einzelne Messaufnehmer
verzichten werden soll, so kann die Entwicklung eines Zustandsbeobachters
dienlich sein. Ein entwickelter Zustandsbeobachter kann die gänzlich mathematische
Beschreibung des Regelkreises aus den verschiedenen Regeleinrichtungen
des Batteriemanagementsystems, den Sensoren und der betriebenen
wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung leisten.
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Ein
hinsichtlich des elektrischen und thermischen Verhaltens einer galvanischen
Zelle, oder einer Anordnung solcher Zellen, mit Justierfaktoren entworfenes
mathematisches Modell des Regelkreises wird mit der Vorhersage von
Betriebszuständen beauftragt.
Diese Simulation erfolgt rechnergestützt unter Verwendung bereits
erfasster Messdaten. Zunächst
wird der Zustandsbeobachter das Verhalten der Ausführungsform
nur unzureichend vorhersagen und die Justierfaktoren des zugrundeliegende
Modell anhand der festgestellten Differenz aus berechneter Modellvorhersage
und tatsächlich
gemessenem Parameter überarbeiten.
Mit fortschreitender Anzahl der Vergleiche von Vorhersagen mit eingetretenen
Zuständen
wird sich das mathematische Modell immer näher an das Verhalten des realen
Regelkreises annähern.
Man kann schließlich
ein eingeschwungenes und ausreichend genaues mathematischen Abbild der
Vorgänge
und ein Modell zur Vorhersage von Zuständen erhalten.
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Ausgehend
von einer zunächst
nahezu vollständigen
Instrumentierung der galvanischen Zelle kann die Zahl der verwendeten
Sensoren nach und nach reduziert werden. Solange das gemeinsame mathematische
Modell des Regelkreises einschwingt, kann für einen nächsten Durchlauf ein weiterer
Sensor entfernt werden. Es liegt im Ermessen des Fachmanns, wie
weit er ein stabiles und redundantes Regelverhalten gegen Kosteneinsparung
einhandeln möchte.
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Ein
Zustandsbeobachter kann in einem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem
betrieben oder zunächst
verfeinert und bei Wartungstätigkeiten
abgefragt werden.
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Mit
je einer weiteren Rechenvorschrift bestimmt die erste Steuerungseinrichtung
aus ermittelten künftigen
zeitlichen Verläufen
von Funktionsparametern galvanischer Zellen deren künftig aufnehmbare
elektrische Ladung und/oder entnehmbare elektrische Ladung und/oder
die erreichbare höchste elektrische
Spannung und mindeste elektrische Spannung. Somit wird eine Aussage über den
weiteren Betrieb der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
möglich.
Mit der Kenntnis der sich künftig einstellenden
Funktionsparameter kann auch die fortschreitende Alterung der Energiespeichereinrichtung
erkannt und eine wirtschaftliche Restlebensdauer vorhergesagt werden.
Somit kann beispielsweise eine erforderliche Wartung signalisiert
werden.
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Eine
genannte erste Steuerungseinrichtung ist für den Betrieb beispielsweise
einer Reihenschaltung einiger galvanischer Zellen bestimmt. Zu ihrer Ergänzung kann
die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
eine zweite Steuerungseinrichtung mit einer zugeordneten zweiten
Speichereinheit aufweisen. Eine Aufgabe dieser zweiten Steuerungseinrichtung
ist die Überwachung
einer Energieversorgung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung.
Beispielsweise kann eine zu hohe Versorgungsspannung durch eine
elektrische Schaltung der zweiten Speichereinheit begrenzt oder
eine zu geringe Versorgungsspannung durch eine der zweiten Steuerungseinrichtung
innewohnende Spannungspumpe oder dergleichen ausgeglichen werden.
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Diese
erste und diese zweite Steuerungseinrichtung sind miteinander signalverbunden,
d. h. sie sind in der Lage, Signale und Daten auszutauschen. Dazu
können
elektrische Leitungen, optische Kabel oder auch eine drahtlose Verbindung
dienen. Der Signalaustausch erfolgt in beiden Richtungen und dient verschiedenen
Zwecken. Ein erster regelmäßiger Austausch
zwischen diesen beiden Steuerungseinrichtungen dient der Vergewisserung,
dass die jeweils andere Steuerungseinrichtung einwandfrei arbeitet
(„erstes
Lebenszeichen").
Dazu können
regelmäßig oder
unregelmäßig nach
einem vorbestimmten Zeitplan vorgegebene Signale versendet und empfangen
werden. Es ist aber auch möglich,
der jeweils anderen Steuerungseinrichtung eine statische Größe zur Abfrage
anzubieten. Auch können
andere auf diesem Gebiet übliche
Einrichtungen oder Verfahren diesen Zweck erfüllen. Durch diese gegenseitige
Versicherung der ersten und der zweiten Steuerungseinrichtung wird
signalisiert, dass eine Steuerungseinrichtung ein erwünschtes
Verhalten des Partners mit hoher Wahrscheinlichkeit erwarten kann.
Insbesondere der Einsatz einer wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
in Kraftfahrzeugen erfordert diese gegenseitige Versicherung. Es
ist durchaus möglich,
andere Arten der gegenseitigen Versicherung zu verwenden, beispielsweise
durch vorgeschriebene Verfahren der Automobilindustrie.
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Um
den sicheren Betrieb einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit
bzw. den ordnungsgemäßen Antrieb
eines Kraftfahrzeugs sicherzustellen, ist die einwandfreie Funktion
der beiden genannten Steuerungseinrichtungen erforderlich. Sollte
dieses erste Lebenszeichen bei dem dafür bestimmten Empfänger nicht
ordnungsgemäß eingehen,
so ist von einer Fehlfunktion auszugehen. Die Steuerungseinrichtungen
sind eingerichtet, bei Ausbleiben des ersten Lebenszeichens eine
elektrische Schalteinrichtung zu betätigen. Durch Betätigung dieser
elektrischen Schalteinrichtung wird eine unkontrollierte Entladung
der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit verhindert. So kann
durch Betätigen
dieser elektrischen Schalteinrichtung beispielsweise die Zuleitung
zu dieser elektrischen Energiespeichereinheit unterbrochen werden.
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Regelmäßig oder
bei Bedarf sendet die erste Steuerungseinrichtung abhängig von
gemessenen und ausgewerteten Funktionsparametern einer galvanischen
Zelle dieser zweiten Steuerungseinrichtung vorgegebene Signale.
Diese Signale geben Aufschluss über
erwünschte
oder unerwünschte
Werte zu physikalischen Größen, zu
erwünschten
oder unerwünschten
zeitlichen Verläufen
von Funktionsparametern oder auch über das Vorliegen bestimmter
Betriebszustände
oder Meldungen zu begonnenen oder beendeten Korrekturmaßnahmen
oder Meldungen einer aktiven Software zur Bestätigung der einwandfreien Funktion.
Diese zweite Steuerungseinrichtung nimmt diese Meldungen entgegen
und speichert diese gemeinsam mit einer Zeitinformation in der zweiten
Speichereinheit ab. Durch diese Einträge wird in der zweiten Speichereinheit
ein Protokoll zu Ereignissen oder Feststellungen erzeugt.
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Die
zweite Steuerungseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie Inhalte
einer ersten Speichereinheit lesen bzw. überschreiben kann. So ist die
zweite Steuerungseinrichtung bei Bedarf in der Lage, Werte oder
Verläufe
zu Funktionsparametern oder ermittelter Abweichungen festzustellen
oder abzufragen. Das dient etwa zur Unterstützung eines Diagnosevorgangs.
Bei Bedarf ist die zweite Steuerungseinrichtung auch in der Lage,
einer ersten Steuerungseinrichtung Zielwerte oder vorgegebene Verläufe von Funktionsparametern
vorzugeben bzw. Vorgaben zu ändern.
Das gilt auch für
die Vorgabe von Grenzwerten, die vom jeweiligen Betriebszustand
der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit abhängen können. Beispielsweise ist es
sinnvoll, Lade- oder Entladeströme
galvanischer Zellen abhängig
von der Temperatur einer galvanischen Zelle zu begrenzen. Das kann
der Vermeidung kumulierter Schäden
und somit zur Lebensdauerverlängerung
der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit dienen. Es kann auch nützlich sein,
Mindest- oder Höchstspannungen
von galvanischen Zellen vorzugeben. Beispielsweise hat im Winter
ein Ladungswechsel galvanischer Zellen innerhalb engerer Grenzen
zu erfolgen.
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Für den Fall,
dass die von einer ersten Steuerungseinrichtung eingeleiteten Maßnahmen
zur Wiederherstellung der Einhaltung eines Zielwerts eines Funktionsparameters
erfolglos bleiben, ist diese zweite Steuerungseinrichtung zur Betätigung einer elektrischen
Schalteinrichtung eingerichtet. Das dient der Erhöhung der
Betriebssicherheit einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit,
wenn beispielsweise eine erste Steuerungseinrichtung versagt. Insbesondere
ein unmäßig hoher
Entladestrom einer galvanischen Zelle oder ein plötzlicher
Spannungsabfall einer galvanischen Zelle kann auf einen Defekt hinweisen.
Vor solchen Defekten sind sowohl die wiederaufladbare Energiespeichereinheit
als auch das versorgte Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs zu schützen. Beispielsweise
kann diese zweite Steuerungseinheit eine Kühl- oder Löscheinrichtung zuschalten.
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Aufgrund
von Herstellungs- oder betriebsbedingten Zwängen sind bestimmte Reihen-
und/oder Parallelschaltungen von galvanischen Zellen wünschenswert.
Dabei kann es nützlich
sein, zunächst Pakete
von galvanischen Zellen in Reihenschaltungen zur Erreichung einer
gewünschten
elektrischen Spannung zu bilden. Soll eine größere Ladung mitgeführt werden,
so ist eine Parallelschaltung solcher Pakete sinnvoll. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
ist in der Lage, auch solche Anordnungen zu betreiben. Je nach Ausbildung
der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit ist es vorteilhaft,
dass eine zweite Steuerungseinrichtung mit mehreren ersten Steuerungseinrichtungen
verbunden ist. Das ist insbesondere bei parallel geschalteten Gruppen
von galvanischen Zellen zur Erhöhung
der Kapazität
bzw. der aufnehmbaren Ladung von Vorteil. Bei solch einer Anordnung
der Steuerungseinrichtungen kann diese zweite Steuerungseinrichtung
etwaig auftretende unterschiedliche Ladezustände zwischen den einzelnen
Gruppen galvanischer Zellen, die von je einer ersten Steuerungseinrichtung überwacht
werden, vornehmen. Diese Maßnahme
kann dazu dienen, die Entnahme oder Speicherung von elektrischen
Ladungen gleichmäßiger auf
diese verschiedenen Gruppen galvanischer Zellen zu verteilen. Dieses Vorgehen
kann die Lebensdauer der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit
erhöhen.
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Durch
ihre herausgehobene Stellung ist eine zweite Steuerungseinrichtung
in der Lage, zeitliche Verläufe
mehrerer Funktionsparameter verschiedener galvanischer Zellen, die
auch verschiedenen ersten Steuerungseinrichtungen zugeordnet sein
können,
zu vergleichen. Auch können
diese ermittelten Verläufe
mit global vorgegebenen Verläufen
von Funktionsparametern, abgespeichert in dieser zweiten Speichereinheit,
verglichen werden. Mit einer ebenfalls in dieser zweiten Speichereinheit
abgespeicherten Rechenvorschrift ist die zweite Steuerungseinrichtung
in der Lage, eine Änderung
verfügbarer Kapazitäten galvanischer
Zellen mit deren fortschreitender Lebensdauer festzustellen. Ein
solcher globaler Funktionsparameter kann auch die über die
gesamte wiederaufladbare Energiespeichereinheit messbare elektrische
Spannung sein. Aus solchen globalen Funktionsparametern kann mit
einer hinterlegten Rechenvorschrift eine sinnvolle Restlebensdauer
der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit ermittelt werden.
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Zur
Durchführung
einer geplanten oder ungeplanten Wartungstätigkeit kann diese zweite Steuerungseinrichtung
mit einer externen Steuerung signalverbunden werden. Diese Signalverbindung
kann, wie zuvor beschrieben, drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet
sein. Diese zweite Steuerungseinrichtung und die externe Steuerung
sind so eingerichtet, dass sie über
die Signalverbindung vorgegebene Signale austauschen können. Weiterhin
ist die zweite Steuerungseinrichtung so eingerichtet, dass sie der externen
Steuerung Zugriff auf die zweite Speichereinheit etwa zur Einsicht
angelegter Protokolle gewähren
kann. Auch kann die zweite Steuerungseinrichtung die Inhalte der
ihr zugeordneten zweiten Speichereinheit nach Maßgabe der externen Steuerung überschreiben.
So können
Rechenvorschriften, neue Vorgaben für Funktionsparameter oder deren Verläufe sowie
andere hinterlegte Speicherinhalte überschrieben werden. Zur Absicherung
dieser Speicherinhalte ist es erforderlich, dass diese externe Steuerung
sich gegenüber
der zweiten Steuerungseinrichtung als befugt zu erkennen gibt. Hier
ist die Übermittlung bzw.
Abfrage von Sicherheitscodes üblich.
Aus Gründen
der Sicherheit ist eine drahtgebundene Signalverbindung zu bevorzugen.
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Eine
zweite Steuerungseinrichtung ist in der Lage, die Gruppen galvanischer
Zellen, die jeweils einer ersten Steuerungseinrichtung zugeordnet
sind, nach Bedarf und Zustand dieser Gruppen neu anzuordnen. So
können
bestehende Reihen- und/oder Parallelschaltungen solcher Gruppen
galvanischer Zellen mit Hilfe einer geeigneten Schalteinrichtung geändert werden.
Das kann während
des Betriebs dieser wiederaufladbaren Energiespeichereinheit erforderlich
werden, wenn beispielsweise einzelne erste Steuerungseinrichtungen
abgeschaltet wurden. Durch eine geeignete Verschaltung dieser Gruppen galvanischer
Zellen kann bei verringerter Kapazität dennoch die gewünschte Globalspannung
sichergestellt werden. Dazu steuert diese zweite Steuerungseinrichtung
eine elektrische Schalteinrichtung an. Somit kann der Antrieb eines
Kraftfahrzeugs zwar über einen
kürzeren
Zeitraum, aber dennoch mit der erforderlichen elektrischen Spannung
versorgt werden.
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Diese
zweite Steuerungseinrichtung ist beispielsweise bei Einsatz in einem
Kraftfahrzeug mit einer weiteren Steuerung signalverbunden, wobei
diese weitere Steuerung dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Die zweite
Steuerungseinrichtung und die weitere Steuerung können über die
Signalverbindung der jeweils anderen Steuerungseinrichtung bzw.
Steuerung Signale übermitteln
und auch von dieser empfangen. Abhängig von einem gemessenen oder
einem ausgewerteten Funktionsparameter einer oder mehrerer galvanischen
Zellen kann diese zweite Steuerungseinrichtung dieser weiteren Steuerung vorgegebene
Signale senden. Diese vorgegebenen Signale informieren die weitere
Steuerung über
den Betriebszustand der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit.
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Diese
zweite Steuerungseinrichtung und die weitere Steuerung können innerhalb
des Kraftfahrzeugs über
einen beliebigen Kommunikationsbus verbunden sein.
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Somit
wird den unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Kraftfahrzeughersteller Rechnung
getragen. Beispielsweise kann dieser Kommunikationsbus als CAN-bus
ausgebildet sein.
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Über diese
Signalverbindung tauschen die zweite Steuerungseinrichtung und diese
signalverbundene weitere Steuerung wenigstens zeitweise regelmäßig oder
unregelmäßig ein
vorgegebenes Signal aus. Dieses dient zur Vergewisserung des Empfängers, dass
der Sender einwandfrei arbeitet. Dieses Signal wird zweites Lebenszeichen
genannt.
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Bei
Ausbleiben dieses zweiten Lebenszeichens können diese zweite Steuerungseinrichtung oder
diese weitere Steuerung eine elektrische Schalteinrichtung betätigen, wobei
diese Betätigung abhängig vom
Betriebszustand dieses Kraftfahrzeugs ist. Diese Merkmale dienen
der Erhöhung
der Betriebssicherheit der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit
und versetzten die ordnungsgemäß arbeitende
zweite Steuerungseinrichtung oder diese weitere Steuerung in die
Lage, eine gegebenenfalls unkontrollierte Entladung der wiederaufladbaren
Energiespeichereinheit zu unterbinden. Dazu stehen wie zuvor verschiedene
abgestufte Maßnahmen
zur Verfügung,
wobei auch eine Unterbrechung der Zuleitungen zur wiederaufladbaren
Energiespeichereinheit herbeigeführt
werden kann. Als weitere Einflussgröße für die Ergreifung dieser Maßnahmen
dient der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Im Ruhezustand des
Kraftfahrzeugs kann auf die Ergreifung dieser Maßnahmen durch die zweite Steuerungseinrichtung
unter Umständen
verzichtet werden. Das ist dann der Fall, wenn ein der wiederaufladbaren
Energiespeichereinheit entnommener Strom einen vorgegebenen Wert
nicht überschreitet.
Im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs und bei funktionsfähiger weiterer
Steuerung, kann eine Betätigung
einer Schalteinrichtung ggf. unterbleiben. Dieses Verhalten kann
nicht allgemeingültig
vorgegeben werden und wird auch durch den Anwender oder Hersteller
des Kraftfahrzeugs mitbestimmt.
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In
besonderen Fällen,
beispielsweise während
eines Autounfalls oder unmittelbar anschließend, kann diese weitere Steuerung
dieser zweiten Steuerungseinrichtung ein vorgegebenes Signal senden,
welches diese zweite Steuerungseinrichtung über einen eingetretenen Notfall
informiert. Nach Empfang dieses Notfallsignals betätigt diese
zweite Steuerungseinrichtung eine elektrische Schalteinrichtung
zur Unterbrechung der Zuleitungen zur wiederaufladbaren Energiespeichereinheit
oder mit wenigstens einer anderen Folge nach Maßgabe des Anwenders oder des
Herstellers des Kraftfahrzeugs.
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Diese
erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
kann für
den Betrieb von wiederaufladbaren Energiespeichereinheit nach verschiedenen
Bauarten verwendet werden. Vorteilhaft wird diese Steuerungseinrichtung
für wiederaufladbare
Energiespeichereinheiten verwendet, die über eine hohe Leistungsdichte
verfügen
und deren Lebensdauer durch die Sicherstellung des Betriebs innerhalb
vorgegebener Grenzen merklich erhöht wird. Das ist insbesondere
bei wiederaufladbaren Energiespeichereinheiten der Fall, bei denen
der Elektrolyt der die wiederaufladbare elektrische Energiespeichereinheit
bildenden galvanischen Zellen geeignete elektrische Ladungsträger aufweist.
Diese elektrischen Ladungsträger
dienen dazu, die Zellspannung gegenüber wiederaufladbaren Energiespeichereinheiten
mit geringer Leistungsdichte zu erhöhen. Das trifft beispielsweise
auf wiederaufladbare Energiespeichereinheiten zu, welche Lithium-Ionen
als elektrische Ladungsträger
verwenden.
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Die
erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
wird so betrieben, dass deren erste Steuerungseinrichtung die vorhandenen
Messeinrichtungen zur Erfassung von Werten zu Funktionsparametern
steuert. In der Praxis werden nahezu zeitgleich eine Vielzahl von
Funktionsparametern einer galvanischen Zelle mit einem Erfassungstakt
von einigen kHz erfasst und in einem Zwischenspeicher abgespeichert. Diese
erste Steuerungseinrichtung steuert ebenfalls die vorhandenen Auswerteeinrichtungen.
Unter Verwendung von Rechenvorschriften werden die Daten des Zwischenspeichers
von den vorhandenen Auswerteeinrichtungen gefiltert, in zum Vergleich
geeignete Größen umgerechnet
oder anderweitig aufbereitet. Sich nur langsam ändernde Funktionsparameter
werden beispielsweise zeitlich verdichtet. Diese erste Steuerungseinrichtung
steuert auch das Abspeichern der aufbereiteten Daten in dieser ersten Speichereinheit
und fügt
jeweils Zeitinformationen hinzu. Auf diese Weise entsteht in dieser
ersten Speichereinheit ein Verlaufsprotokoll zu den verschiedenen
Funktionsparametern der angeschlossenen galvanischen Zellen.
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Aus
den in dieser ersten Speichereinheit abgespeicherten Werten zu einem
Funktionsparameter bestimmt diese erste Steuerungseinrichtung unter Verwendung
einer Rechenvorschrift die künftige
zeitliche Veränderungen
der Werte dieses Funktionsparameters. Im Vergleich mit einem vorgegebenen
Verlauf zu diesem Funktionsparameter ermittelt diese erste Steuerungseinheit
ggf. Abweichungen, die sich mit fortschreitendem Alter der zugehörigen galvanischen
Zelle zunehmend vergrößern. Das
betrifft beispielsweise den Zusammenhang zwischen einerseits aufgebrachter
Ladung als Produkt aus Ladestrom und Ladedauer und andererseits
der erreichten elektrischen Spannung der Zelle. Mit zunehmendem
Alter der Zelle wird bei unverändertem
Ladevorgang eine geringere elektrische Spannung erreicht. Bei Unterschreiten
einer zu erreichenden mindesten elektrischen Spannung oder Ladung
kann ein elektrischer Antrieb nicht mehr ordentlich versorgt werden
und die betreffende Zelle ist zu wechseln. Mit Einführung verschiedener
Grenzwerte bzgl. der zu erreichenden mindesten elektrischen Spannung
erkennt diese erste Steuerungseinheit bereits den nahenden Ausfall der
betroffenen Zelle und kann diesen dieser zweiten Steuerungseinrichtung
mitteilen.
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Diese
zweite Steuerungseinrichtung und die damit verbundenen ersten Steuerungseinrichtungen sind
erfindungsgemäß zum gegenseitigen
Austausch von Signalen eingerichtet. Regelmäßig oder bei Bedarf sendet
einer erste Steuerungseinheit dieser zweiten Steuerungseinheit vorgegebene
Signale. Das sind beispielsweise Meldungen über aufgetretene Abweichungen
von Funktionsparametern, dazu eingeleitete Maßnahmen und deren Erfolg, Fortschrittsmeldungen
einer Software und/oder deren Fehlermeldungen. Auf diese Weise wird
dieser zweite Steuerungseinheit ein Überblick über den Zustand sämtlicher
galvanischer Zellen der betriebenen wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
ermöglicht.
Diese zweite Steuerungseinheit fertigt somit ein Sammelprotokoll
mit Zeitbezügen
an, welches bei Bedarf anderen Empfängern mitgeteilt wird. Dadurch wird
eine gewisse Datenredundanz geschaffen. Weiterhin gestattet der Überblick
auch weitergehende Auswertungen, welche für Diagnosevorgänge auch nach
Ausfällen
einzelner Gruppen, bestehend aus je einer ersten Steuerungseinrichtung
und deren galvanischen Zellen, von Belang sein können.
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In
umgekehrter Richtung hat eine zweite Steuerungseinrichtung Zugriff
auf die vorhandenen ersten Speichereinheiten. Dieser Zugriff dient
etwa der Abfrage darin gespeicherter Zielwerte, vorgegebener Verläufe von
Funktionsparametern oder deren Änderung
durch Überschreiben
der Speicherinhalte. Dieser Zugriff wird auch zur Anpassung der
Betriebsprofile, beispielsweise von Ladestromverläufen, an geänderte Randbedingungen
wie beispielsweise Außentemperaturen
oder fortschreitende Alterung der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
verwendet. Auf diese Weise kann eine zweite Steuerungseinrichtung
auch Rechenvorschriften in vorhandenen ersten Speichereinrichtungen
ersetzen, beispielsweise im Zuge von Wartungsarbeiten oder Aktualisierungen
der Software. Dieses Vorgehen ist an Stelle dieser zweiten Steuerungseinrichtung
auch einer zeitweise signalverbunden externen Steuerung, beispielsweise
einer Diagnosevorrichtung oder einem Ladegerät, möglich.
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Eine
Gruppe, bestehend aus einer ersten Steuerungseinrichtung und deren
galvanischen Zellen, kann ausfallen, weil beispielsweise die ablaufende
Software dieser ersten Steuerungseinrichtung nicht mehr ordentlich
arbeitet oder sich wenigstens eine der angeschlossenen galvanischen
Zellen unerwünscht
verhält
und die Gruppe deswegen abgeschaltet wurde. In diesem Fall kann
die bestehende Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung der Gruppen
der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung bzgl. der elektrischen
Spannung in Ungleichgewicht geraten, etwa weil eine Reihenschaltung
von Gruppen wegen einer ausgefallenen Gruppe nicht mehr die erforderliche
elektrische Spannung liefern kann. Mit Hilfe einer Schalteinrichtung
und unter Verwendung einer Rechenvorschrift stellt diese zweite
Steuerungseinrichtung, ggf. auch während des Gebrauchs des betriebenen
Kraftfahrzeugs, eine andere Reihen- und/oder Parallelschaltung der
Gruppen zur Lieferung der erforderlichen elektrischen Spannung her.
Dabei werden ggf. weitere Gruppen abgeschaltet oder durch Unterbrechen
der Zuleitungen elektrisch isoliert. Somit ist bei insgesamt verringerter
Kapazität
der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung ein Betrieb eines
elektrischen Antriebs mit ebenfalls verringerter Reichweite eines
angetriebenen Kraftfahrzeugs möglich.
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Eine
unkontrollierte Entladung der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung
ist auch je nach Betriebszustand des angetriebenen Kraftfahrzeugs
unerwünscht.
Beispielsweise unmittelbar im Anschluss an eine übermäßige Beschleunigung der wiederaufladbaren
Energiespeichereinrichtung ist deren weitere und/oder unkontrollierte
Entladung zu vermeiden. In solch einer Situation sendet diese weitere
Steuerung ein vorgegebenes Signal, welches diese zweite Steuerungseinrichtung
als Hinweis auf einen Notfall empfängt und versteht. Diese zweite Steuerungseinrichtung
trennt danach die Zuleitungen zu dieser Energiespeichereinrichtung
oder betätigt eine
Schalteinrichtung zur Verhinderung einer unkontrollierten Entladung.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Funktionen der ersten und zweiten Speichereinheiten in
einer einzelnen Speichereinheit vereint. Dieser einzelnen Speichereinheit
ist bei Bedarf eine weitere Speichereinheit zugeordnet, welche wenigstens
zeitweise einen Teil des Speicherinhalts dieser einzelnen Speichereinheit
liest und abspeichert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden die Funktionen dieser zweiten Steuerungseinrichtung von einer
ersten Steuerungseinrichtung erfüllt.
Es liegt dann keine separate zweite Steuerungseinrichtung vor.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Funktionen dieser zweite Steuerungseinrichtung zusätzlich von
einer ersten Steuerungseinrichtung erfüllbar, wobei diese erste Steuerungseinrichtung
diese Funktionen erst nach Ausfall dieser zweiten Steuerungseinrichtung
versieht.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang
mit den Figuren. Es zeigt:
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1 Ein
Blockschaltbild einer ersten Steuerungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung
mit weiteren Einrichtungen;
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2 Ein
Blockschaltbild einer zweiten Steuerungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung mit
weiteren Einrichtungen;
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3 Eine
Steuerungsvorrichtung für
eine wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung mit erhöhter Kapazität, hier
bestehend aus zwei parallelgeschalteten Gruppen galvanischer Zellen.
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1 zeigt
eine erste Steuerungseinrichtung (2) der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung
(1). Diese ist über
eine Verbindungseinrichtung (7) und jeweilige Schalteinrichtungen
(25) mit den einzelnen galvanischen Zellen (6)
der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung (27) verbunden. An
eine erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) ist neben
dieser ersten Steuerungseinrichtung (2) auch wenigstens
eine Messeinrichtung (3) verbunden. Die beiden dargestellten
Messeinrichtungen (3) dienen der Erfassung der elektrischen
Spannung einer galvanischen Zelle (6) sowie deren Temperatur. Ebenfalls
an diese erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) ist
die Auswerteeinrichtung (4) angeschlossen, welche die erfassten
Werte zu den verschiedenen Funktionsparametern, wie zuvor beschrieben,
zur Weiterverarbeitung umwandelt und aufbereitet. Diese erste Steuerungseinrichtung
(2) speichert die aufbereiteten Werte gemeinsam mit einer
Zeitinformation in einer ersten Speichereinheit (5) ab.
Ebenfalls an die erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30)
angeschlossen ist eine Ladezustandsausgleicheinrichtung (8)
zum Ausgleich verschiedener Ladezustände der angeschlossenen galvanischen
Zellen (6). Nicht dargestellt ist ein elektrischer Widerstand, über den
bei Bedarf eine galvanische Zelle (6) entladen werden kann.
Das ist insbesondere erforderlich, wenn eine einzelne galvanische
Zelle (6) aus beispielsweise einer Reihenschaltung galvanischer
Zellen (6) eine höhere
elektrische Spannung als die übrigen
Zellen aufweist. Dieser nicht dargestellte elektrische Widerstand
wird über
die Verbindungseinrichtung (7) der jeweiligen galvanischen Zelle
(6) von der Ladezustandsausgleicheinrichtung (8)
zugeschaltet. Ein erste Schnittstelle (9) verbindet die
erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) mit einer zweiten
Steuerungseinrichtung (11). Über einen Regelbaustein (10)
werden die genannten elektronischen Baugruppen mit Energie versorgt.
Ebenfalls dargestellt ist der elektrische Antrieb (23)
des Kraftfahrzeugs, der über
einen Regler (28) und eine elektrische Schalteinrichtung
(22) mit der Verbindungseinrichtung (7) verbunden
ist. Bei geschlossener Schalteinrichtung (22) und entsprechender
Anweisung von dieser ersten Steuerungseinrichtung (2) wird
der elektrische Antrieb (23) mit elektrischer Energie aus
der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung (27) versorgt.
Ebenfalls dargestellt ist eine erste Steuerleitung (24), über welche
die erste Steuerungseinrichtung (2) eine Schalteinrichtung
(22) öffnen
und somit die Versorgung des elektrischen Antriebs (23)
unterbrechen kann. Das Öffnen
des Schalters (22) stellt gewissermaßen die letzte der der ersten
Steuerungseinrichtung (2) zur Verfügung stehenden Maßnahmen
zur Vermeidung von Schäden durch
beispielsweise unkontrollierte Entladung einer galvanischen Zelle
(6) dar. Zuvor würde über eine Steuerleitung
(26) eine Schalteinrichtung (25) geöffnet, welche
eine einzelne galvanische Zelle (6) von der Verbindungseinrichtung
(7) trennen würde.
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2 zeigt
eine zweite Steuerungseinrichtung (11) der Steuerungsvorrichtung
(1). Diese ist über
eine zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31) mit den
nachfolgenden Einrichtungen verbunden. Wie zuvor genannt ist diese
zweite Steuerungseinrichtung (11) über die erste Schnittstelle
(9) an diese erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30)
angeschlossen, welche wiederum mit den drei dargestellten ersten
Steuerungseinrichtungen (2) verbunden ist. Über eine
Regeleinrichtung (21) werden die jeweiligen Gruppen, repräsentiert
durch die jeweils erste Steuerungseinrichtung (2), mit
elektrischer Energie aus der Spannungsquelle (19) versorgt.
Exemplarisch dargestellt ist eine Steuerleitung (12) zu
verschiedenen Schalteinrichtungen. Der Erfassungsbaustein (13)
dient der Messung verschiedener Ströme, wobei diese Messeinrichtung
je nach Bedarf über
eine Schalteinrichtung (nicht dargestellt) in verschiedene Stromkreise
geschaltet werden kann. An den Anzahl von Verbindungsleitungen (31)
ist auch eine Echtzeituhr (14) angeschlossen. Diese dient
zur Lieferung einer Zeitinformation, wenn beispielsweise ein Wert
oder eine Meldung zu einem Ereignis in einer Speichereinheit abgespeichert
werden soll. An die zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31)
ist ein zweiter Speicherbaustein (15) angeschlossen, in der
diese zweite Steuerungseinrichtung (11) ein Sammelverlaufsprotokoll
anlegt. Ein weiterer Speicherbaustein (16) dient in dieser
Ausführungsform
zur Abspeicherung von Software, die für den Betrieb dieser zweiten
Steuerungseinrichtung (11) erforderlich ist. Ebenso können Inhalte
der Speicherbausteine (15, 16) auch in einem einzelnen Speicherbaustein
abgespeichert sein. Ebenfalls dargestellt sind zwei weitere Schnittstellen
(17, 20), welche dieser zweiten Steuerungseinrichtung
(11) den Signalaustausch mit einer vorgenannten weiteren
Steuerung, die dem Kfz zugeordnet ist, sowie zeitweise einer externen
Steuerung, beispielsweise der eines Diagnosegeräts, gestatten.
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3 zeigt
eine Steuerungsvorrichtung (1) für eine wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung,
welche aus als Beispiel zwei Gruppen besteht. Eine solche Gruppe
besteht aus je einer ersten Steuerungseinrichtung (2) sowie
die je einer angeschlossenen Reihenschaltung von vier galvanischen
Zellen (6) sowie einigen weiteren Bausteinen, die hier
nicht dargestellt sind. Zwei solche wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung
(27) sind mit Hilfe der zweier Zuleitungen (32, 33)
parallel geschaltet. Es ist jedoch durchaus möglich, eine weit größere Anzahl
von Energiespeichereinrichtungen (27) parallel oder auch
in Reihe zu schalten. Teil der ersten Anzahl von Verbindungsleitungen
(30) ist eine Steuerleitung (34), über welche
der Regler (28) gesteuert wird. Ebenfalls dargestellt ist
die zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31), welche über eine
Schnittstelle (17) den Signalaustausch mit einer weiteren
Steuerung, hier des Kraftfahrzeugs, gestattet.