DE102010016175A1 - Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung sowie Verfahren zu deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

ichtung mit einer Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen (42) und zugeordneten IC-Batterieüberwachungschips (24) in serieller Kommunikation mit einem Systemcontroller (18) ist zusätzlich zu einem primären seriellen Bus ein redundanter und unabhängiger symmetrischer sekundärer serieller Bus vorgesehen. Dabei sind keine zwei seriellen Kommunikationsanschlussstifte von einer Schnittstelle in Kommunikation mit einem zugeordneten primären oder sekundären seriellen Bus unmittelbar benachbart. Dadurch wird ein kontinuierlicher Batteriebetrieb ermöglicht, wenn ein einzelner Anschlussstift in einer Reihe von Batterieüberwachungsmodulen (42) betriebsunfähig wird. Darüber hinaus bleibt das Batteriesystem in Betrieb, wenn ein offener Stromkreis oder ein Kurzschluss in dem primären oder sekundären seriellen Bus auftritt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Verwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bereitstellung eines Verbindungsgliedes zwischen einer Mehrzahl von Batterien sowie ein Verfahren zur Überwachung einer redundanten Verbindung zwischen Batterien und zugeordneten IC-Batteriemodulen (IC = ”Integrated Circuit” = integrierter Schaltkreis).
  • Die in Elektro- oder Hybridfahrzeugen vorgesehene Batterieelektronik für Batterien stellt diverse Anforderungen hinsichtlich der Verwaltung einer Verknüpfung zwischen den Batterien und auch hinsichtlich der Überwachung und Verwaltung der von den Batterien abgegebenen Energie. Eine bekannte sog. IC-Batterieüberwachungschip-Architektur weist entweder ein serielles oder ein paralleles Verbindungsglied zwischen einem Batterieüberwachungschip und einem Systemcontroller auf, wobei von dem Systemcontroller sämtliche Batterieüberwachungschips in einem System koordiniert und Daten von diesen abgerufen werden und auch der Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Batterien gesteuert wird.
  • Da Elektro- oder Hybridfahrzeuge üblicherweise eine Mehrzahl von Batterien aufweisen, werden diese Batterien jeweils individuell über einen zugeordneten Batterieüberwachungschip verwaltet. Damit sich die Mehrzahl von Batterien wie eine einzige größere Batterie verhält, steht der jeweilige Batterieüberwachungschip in einem Signalaustausch mit dem Systemcontroller.
  • Zahlreiche moderne Batterieüberwachungs-ICs unterstützen zur Verknüpfung der Batterieüberwachungschips miteinander eine Verkettung nach dem Verfahren der sogenannten seriellen ”Daisy-Chain”, wodurch Kosten und Komplexitäten, die mit seriellen Isolatoren zwischen dem Systemcontroller und jedem Batterieüberwachungschip verbunden sind, vermieden werden. Allerdings wird durch Einsatz einer seriellen Daisy-Chain in einem Batteriesystem ein Schaltkreis geschaffen, der dazu führt, dass bei Auftreten einer Stromkreisunterbrechung bzw. eines offenen Stromkreises oder eines Kurzschlusses in irgendeiner der elektrischen Verbindungen in der seriellen Verbindung zwischen den einzelnen Batterieüberwachungschips der Vielzahl von Batterieüberwachungschips der seriellen Daisy-Chain die serielle Kommunikation für jeden Batterieüberwachungschip in der seriellen Kette ausfällt.
  • Ohne Vorhandensein eines redundanten Verbindungsgliedes zwischen den jeweiligen einzelnen Batterieüberwachungschips der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips kann ein Ausfall in der seriellen Verbindung zwischen den jeweiligen Batterieüberwachungschips einen Ausfall des gesamten Batteriesystems zur Folge haben.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Verwendung bereitgestellt, welche bzw. welches eine kostengünstige und robuste Lösung für das Problem der an einzelnen Punkten auftretenden Fehlerzustände in einer seriellen DaisyChain-Verknüpfung durch Schaffung einer symmetrischen und redundanten seriellen Verknüpfung ermöglicht.
  • Eine Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:
    • – wenigstens eine Batteriezelle, welche sich in Wirkverbindung mit wenigstens einer elektronischen Vorrichtung befindet;
    • – wenigstens ein Batterieüberwachungsmodul, welches der wenigstens einen Batteriezelle zugeordnet ist und eine primäre Kommunikationsschnittstelle sowie eine redundante sekundäre Kommunikationsschnittstelle aufweist;
    • – einen Systemcontroller in Wirkverbindung und Signalaustausch mit jedem Batterieüberwachungsmodul, wobei der Systemcontroller dahingehend konfiguriert ist, wenigstens einen Batteriechip zu überwachen und Daten von diesem abzurufen, und Befehle zur Steuerung des Ladungsausgleichs der wenigstens einen Batteriezelle auszuführen, und
    • – ein primäres Verbindungsglied und ein sekundäres Verbindungsglied, welche dahingehend konfiguriert sind, unabhängig voneinander das wenigstens eine Batterieüberwachungsmodul an den Systemcontroller zu koppeln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer Batterie unter Verwendung eines Batterieüberwachungs- und -Steuerungssystems mit einer elektronischen Vorrichtung, einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche die elektronische Vorrichtung mit Energie versorgen, sowie einer Mehrzahl zugeordneter Batterieüberwachungsmodule, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    • – Durchführen eines Selbsttests des Systems zur Ermittlung einer Systemfunktionalität;
    • – Ermitteln der Funktionalität eines primären seriellen Verbindungsgliedes;
    • – Ermitteln der Funktionalität eines redundanten sekundären seriellen Verbindungsgliedes;
    • – Auswählen eines Verbindungsgliedes von dem primären Verbindungsglied und dem sekundären Verbindungsglied für eine Verbindung bzw. Kommunikation zwischen einem oder mehreren Batterieüberwachungsmodulen und einem Systemcontroller;
    • – Benachrichtigen eines Benutzers, falls die Systemfunktionalität reduziert ist; und
    • – Implementieren einer als LOS bezeichneten Strategie mit eingeschränktem Betrieb, falls die Systemfunktionalität reduziert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Verwenden des Systemcontrollers, um zu ermitteln, ob das primäre serielle Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird, ob das sekundäre serielle Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird, ob das primäre serielle Verbindungsglied oder das sekundäre serielle Verbindungsglied verwendet werden soll, und Aktivieren eines Benutzerbenachrichtigungssystems, welches dahingehend ausgelegt ist, einen Fahrzeugnutzer bei reduzierter Systemfunktionalität zu benachrichtigen, dass die Systemfunktionalität reduziert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Verwenden des Systemcontrollers dazu, eine geeignete Strategie mit eingeschränktem Betrieb (LOS) zum Betreiben des Systems auszuwählen, wenn die Systemfunktionalität reduziert ist.
  • Gemäß weiteren einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf:
    • – Durchführen einer Kommunikation zwischen jedem der Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen und dem Systemcontroller, wobei der Systemcontroller derart betrieben wird, dass er die Kommunikation mit einem oder mehreren der Batterieüberwachungsmodule einleitet, übermittelt, empfängt oder beendet; und
    • – Betreiben des Fahrzeugenergieversorgungssystems, wobei der Systemcontroller so betrieben wird, dass er Energie von den jeweiligen Batteriezellen an die elektronische Vorrichtung überträgt.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein herkömmliches System zur Verknüpfung einer Mehrzahl von Batterieüberwachungschips;
  • 2 ein Batterieüberwachungs- und Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen und -chips in serieller Verbindung mit einem Systemcontroller sowie untereinander;
  • 3 eine detaillierte Ansicht von zwei Batterieüberwachungschips gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit jeweils einer primären Kommunikationsschnittstelle und einer sekundären Kommunikationsschnittstelle, welche jeweils mit einem primären und einem sekundären Batterieverbindungsglied verknüpft sind;
  • 4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betrieben eines Batterieüberwachungs- und Steuerungssystems;
  • 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Ermittlung der Funktionalität einer seriellen peripheren Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Funktionalitätsbestimmung einer universellen asynchronen Empfänger/Senderanordnung UART (UART = ”Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Auswählen eines Verbindungsgliedes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Benachrichtigen eines Benutzers, falls die Systemfunktionalität reduziert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
  • 9 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Implementierung einer Strategie mit eingeschränktem Betrieb LOS (LOS = ”Limited Operational Strategy”) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Durch die Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie das Verfahren zu deren Verwendung wird eine robustere Kommunikationsschnittstelle im Vergleich zu herkömmlicher, speziell zweckausgerüsteter Hardware für den Aufbau einer primären Kommunikationsschnittstelle geschaffen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich zu einem primären seriellen Bus ein redundanter und unabhängiger, symmetrischer sekundärer serieller Bus bereitgestellt. Des Weiteren sind bei dem Gegenstand der Erfindung keine zwei seriellen Kommunikations-Anschlussstifte einer Schnittstelle in Datenaustausch unmittelbar benachbart mit einem primären oder sekundären seriellen Bus vorgesehen, wodurch ein kontinuierlicher bzw. fortwährender Batteriebetrieb ermöglicht wird, wenn ein einzelner Anschlussstift in einer Serie von Batterieüberwachungsmodulen einen Betriebsfehler bzw. -ausfall aufweist. Darüber hinaus bleibt das Batteriesystem betriebsfähig, wenn eine Stromkreisunterbrechung bzw. ein offener Stromkreis oder ein Kurzschluss entweder in dem primären oder in dem sekundären seriellen Bus auftritt.
  • Nachfolgend wird auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1 Bezug genommen. 1 zeigt ein herkömmliches System mit einer Mehrzahl von Batterieüberwachungschips und mit einem Systemcontroller, welcher elektrisch angeschlossen ist und in Signalaustausch mit diesen steht. Wie aus 1 ersichtlich erfolgt eine Kommunikation zwischen der jeweiligen Batterie und dem Systemcontroller über eine einzige serielle Verbindung. Ein unvorhergesehenes bzw. unerwünschtes Ereignis in irgendeiner der Komponenten der seriellen Verbindung kann einen Betriebsausfall eines das System gemäß 1 aufweisenden Fahrzeuges verursachen.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Generell weist die Vorrichtung 10 wenigstens eine elektronische Vorrichtung 12, 40, eine Mehrzahl von Batteriezellen 16 oder Batterien, welche an die wenigstens eine elektronische Vorrichtung zur Versorgung der wenigstens einen elektronischen Vorrichtung 12, 40 angeschlossen sind, ein Batterieüberwachungsmodul 42 oder eine Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen 42, von denen jedes jeweils einer der Mehrzahl von Batteriezellen 14 oder Batterien zugeordnet ist, einen Systemcontroller 18 in Signalaustausch mit jedem Batterieüberwachungsmodul 42, ein primäres Batterieverbindungsglied 20 und ein sekundäres Batterieverbindungsglied 22, welches symmetrisch und redundant unabhängig von dem primären Batterieverbindungsglied 20 konfiguriert ist, wobei sowohl das primäre Batterieverbindungsglied 20 als auch das sekundäre Batterieverbindungsglied 22 jeweils in seriellem Signalaustausch mit jedem der Batterieüberwachungsmodule 42 und mit dem Systemcontroller 18 stehen, auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann jede Batteriezelle 14 der Batterien oder Batteriesätze als Lithium-Ionen-Batterie, als Brennstoffzelle oder als elektrochemische Zelle ausgebildet sein. Die Mehrzahl von Batteriezellen 14, welche miteinander in elektrochemischem Kontakt stehen, wird hier und im Folgenden auch als Batteriesatz 16 bezeichnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die elektronische Vorrichtung 40 eine beliebige elektronische Komponente oder ein elektronisches Bauteil sein, welche bzw. welches durch eine Batteriezelle 14 oder einen Batteriesatz 16 versorgt wird. Die elektronische Vorrichtung 40 kann einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug zugeordnet sein. Das Fahrzeug kann (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) ein Automobil, ein Transporter, ein Lastwagen, ein Motorrad oder ein beliebiges anderes Fahrzeug sein, welches zum Transport von Personen, Frachtgut oder eine beliebige Kombination hiervon ausgelegt und bestimmt ist. Des Weiteren kann das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug, Hybrid-Elektro-Fahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug sein. Die Erfindung kann, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen, in einem beliebigen Hybrid- oder Nicht-Hybrid-System realisiert sein, einschließlich des jeweiligen Systems von mittels Brennkraftmaschinen betriebenen Fahrzeugen, seriellen Hybrid-Elektro-Fahrzeugen (SHEV), parallelen Hybrid-Elektro-Fahrzeugen (PHEV), Brennstoffzellenfahrzeugen und Elektrofahrzeugen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedes der Batterieüberwachungsmodule 42 eine beliebige Kombination von zur Überwachung und Übermittlung von Batterieparametern und Bedingungen an andere Module ausgeleger Hardware oder Software aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedes der Batterieüberwachungsmodule 42 ein Batteriediagnostikmodul 26 aufweisen, wobei das Batteriediagnostikmodul so betrieben werden kann, dass Batterieparameter einschließlich des jeweiligen Ladezustandes SOC (SOC = ”State-of-Charge”), der Leerlaufspannung OCV (OCV = ”Open Circuit Voltage”) und der Stromaufnahme bestimmt werden können.
  • Das primäre Batterieverbindungsglied 20 sowie das sekundäre Batterieverbindungsglied 22 sind zwischen dem Systemcontroller 18 und der Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen 42 angeordnet, wobei entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung jedes der Batterieüberwachungsmodule 42 ferner einen Sensor 30 zum Erfassen eines gewünschten Batteriezellenparameters, eine netzunabhängige Spannungsversorgung 32 und einen darin vorgesehenen Spannungsregler 34 mit der zwischen Batteriezellenanschlüssen 37a, 37b liegenden Spannung als Eingangssignal sowie einen integrierten Prozessor 38 zur Verarbeitung von Daten, die von den Verbindungsgliedern empfangen oder an diese übertragen werden, aufweist. Die netzunabhängige Spannungsversorgung kann dahingehend konfiguriert sein, den Sensor 30 mit Spannung zu beaufschlagen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedes Batterieüberwachungsmodul 42 einen seriellen Controller in Form eines als integrierter Schaltkreis IC ausgebildeten Batterieüberwachungschips 24 aufweisen, welcher mit dem Systemcontroller 18 über eine oder mehrere serielle Schnittstellen in Datenaustausch tritt bzw. kommuniziert.
  • Wie in 2 gezeigt ist, sind im Betrieb eine Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24 in Reihe zueinander geschaltet. In 2 sind beispielhafte Batterieüberwachungschips 24n dargestellt, wobei eine Anzahl n von Batterieüberwachungschips miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei n eine positive ganze Zahl ist. Jeder Batterieüberwachungschip 24 steht auch in elektrischem Austausch und in Signalaustausch mit wenigstens einer Batteriezelle 14 oder einem Batteriesatz 16.
  • Jeder Batterieüberwachungschip 24 kann in Signalaustausch und elektrischem Austausch mit dem zugeordneten Batteriediagnostikmodul 26 der jeweiligen Batterie, mit einem benachbarten Batterieüberwachungschip 24 und mit dem Systemcontroller 18 stehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das wenigstens eine Batterieüberwachungsmodul 42 eine Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen bis zu einer Anzahl ”n” von Modulen aufweisen, wobei n eine positive ganze Zahl ist, und wobei jedem Batterieüberwachungsmodul 42 ein Batterieüberwachungschip 24 zugeordnet ist. Jedes der Batterieüberwachungsmodule 42 weist ein Paar von Eingangsleitungen 36a, 36b auf, welche über Anschlüsse 37a, 37b einer entsprechenden Batteriezelle 14 innerhalb des Batteriesatzes 16 gekoppelt sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jeder Batterieüberwachungschip 24 wenigstens eine primäre Kommunikationsschnittstelle 44 und eine sekundäre Kommunikationsschnittstelle 46 auf, wobei die wenigstens eine primäre Kommunikationsschnittstelle 44 nachfolgend als serielle periphere Schnittstelle SPI bezeichnet wird, und wobei die wenigstens eine sekundäre Kommunikationsschnittstelle 46 nachfolgend als universelle asynchrone Sender/Empfänger-Schnittstelle UART bezeichnet wird.
  • Die SPI-Schnittstelle 44 und die UART-Schnittstelle 46, die dem jeweiligen Batterieüberwachungschip 24 zugeordnet sind, sind jeweils unabhängig mit dem primären bzw. SPI-Verbindungsglied 20 und dem sekundären bzw. UART-Verbindungsglied 24 verbunden.
  • Sowohl die SPI-Schnittstelle 44 als auch die UART-Schnittstelle 46 sind jeweils dahingehend ausgelegt, eine elektrische Kommunikation und eine Signalkommunikation zwischen den jeweiligen Batterieüberwachungschips 24 bereitzustellen sowie jeden Batterieüberwachungschip 24 in elektrische Kommunikation sowie in Signalkommunikation mit dem Systemcontroller 18 zu setzen.
  • Ein Ausgang jeder Batteriezelle 14 oder des Batteriesatzes 16 ist an einen entsprechenden Batterieüberwachungschip 24 und ferner an den Systemcontroller 18 über eine Verbindung angeschlossen, die eine digitale serielle Kommunikation mit Übertragung von Bytes, welche jeweils eine Anzahl von Bits umfassen, entweder über das primäre Verbindungsglied 20 oder das sekundäre Verbindungsglied 24 ermöglicht.
  • Jeder Batterieüberwachungschip 24 weist eine Mehrzahl von Anschlussstiften auf, welche dahingehend ausgelegt sind, einen Eingang oder einen Ausgang zu dem jeweiligen Batterieüberwachungschip 24 von einer seriellen Schnittstelle oder mehreren seriellen Schnittstellen bereitzustellen, so dass Berechnungen über den in dem jeweiligen Batterieüberwachungsmodul 42 enthaltenen integrierten Prozessor 38 durchgeführt werden können.
  • Entsprechend der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung weist jeder Batterieüberwachungschip 24 eine Mehrzahl von Anschlussstiften auf, welche gemeinsam die SPI-Schnittstelle 44 ausbilden, sowie eine Mehrzahl von Anschlussstiften, welche gemeinsam die UART-Schnittstelle 46 ausbilden.
  • Sämtliche Batterieüberwachungschips 24 sind über eine Daisy-Chain (wie detaillierter in 3 dargestellt) miteinander verbunden. Anschlussstifte, welche zum Anschluss eines Batterieüberwachungschips geringeren Spannungspotentials an einen nächsten Chip mit höherem Spannungspotential in der Kette zugeordnet sind, sind mit einem Index bzw. Suffix ”H” gekennzeichnet, und Anschlussstifte, welche zum Anschluss des nächsten Chips mit höherem Potential an den vorherigen Batterieüberwachungschip mit niedrigerem Potential zugeordnet sind, sind mit einem Index bzw. Suffix ”L” gekennzeichnet, wobei jeder der Anschlussstifte mit Suffix ”L” an den Anschlussstift mit Suffix ”H” von dem vorherigen Chip mit niedrigerem Potential in der Kette angeschlossen ist.
  • 3 zeigt eine detaillierte Ansicht der Anschlussstifte und Anschlüsse zwischen Chip 24n-1, und Chip 24n. In einer Ausführungsform der Erfindung mit einem ersten Batterieüberwachungschip 24n-1 und einem zweiten Batterieüberwachungschip 24n gemäß 3 ist jeder der Anschlussstifte mit ”Hn-1”-Suffix von dem ersten Batterieüberwachungschip 24n-1 in Austausch mit dem entsprechenden Anschlussstift mit ”Ln”-Suffix des zweiten Batterieüberwachungschips 24n gesetzt. Die Anschlussstifte mit ”Hn”-Suffix des zweiten Batterieüberwachungschips 24n sind wiederum in Signalaustausch mit einem (nicht dargestellten) nächsten Chip 24n+1 mit höherem Potential oder dem (in 2 dargestellten) Systemcontroller 18 gesetzt, wobei der Systemcontroller 18 (in 2 dargestellte) Anschlussstifte 48a, 48b, 48c aufweist, welche dahingehend ausgelegt sind, in Signalaustausch mit einem oder mehreren Batterieüberwachungschip(s) 24 zu treten.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das primäre Verbindungsglied 20 als serielles SPI-Verbindungsglied oder als SPI-Bus ausgebildet, wobei die Begriffe Verbindungsglied und Bus miteinander austauschbar verwendet werden, um einen Datenübertragungspfad zwischen einer oder mehreren elektrischen oder elektronischen Vorrichtung(en) zu definieren.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann jeder Batterieüberwachungschip 24 als modifizierter LQFP-IC-Chip (LQFP = ”Low Profile Quad Flat Package”) ausgebildet sein.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können mehrere Standard-SPI-Anschlussstift-Bezeichnungen wie folgt ausgetauscht werden: Anstelle von MOST (= ”Master Out Slave In”) kann eine Bezeichnung als SDO (= ”Serial Data Out”) und anstelle von MISO (= ”Master In Slave Out”) kann eine Bezeichnung als SDI (= ”Serial Data In”) erfolgen. Für einige Anschlussstift-Bezeichnungen wird jedoch die Standard-SPI-Bus-Bezeichnung beibehalten, einschließlich der Bezeichnung CS für ”Chip Select” und der Bezeichnung SCLK für ”Serial Clock”.
  • Jeder der Batterieüberwachungschips 24n-1, 24n weist eine SPI-Schnittstelle auf, einschließlich (jedoch nicht beschränkt auf) wenigstens vier SPI-Schnittstellenknoten 44 (wobei 44n-1 dem Chip 24n-1 zugeordnet ist und wobei 44n dem Chip 24n zugeordnet ist), zwei SPI-Serial-Clock-Anschlussstifte SCLKHn, SCLKLn (SCLK-Knoten), wenigstens zwei ”Serial Data In”-Anschlussstifte SDIHn, SDILn (SDI-Knoten), wenigstens zwei ”Serial Data Out”-Anschlussstifte SDOHn, SDOLn (SDO-Knoten), wenigstens zwei ”Chip Select”-Anschlussstifte CSHn, CSLn (CS-Knoten), wobei Anschlussstifte, die jeweils den SPI-Schnittstellenknoten, d. h. dem SCLK-Knoten, dem SDI-Knoten, dem SDO-Knoten und dem CS-Knoten zugeordnet sind, in elektrischem Signalaustausch mit dem seriellen SPI-Verbindungsglied 20 stehen. Im Betrieb kann jeder der hier beschriebenen Anschlussstifte der SPI-Schnittstelle mit dem SPI-Verbindungsglied 20 entweder in Austausch stehen oder nicht, je nach Anzahl der innerhalb der Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung 10 vorhandenen Batterieüberwachungschips und dem Betriebszustand jedes Batterieüberwachungschips.
  • Für den Fachmann ist ersichtlich, dass mit einer derartigen Anschlussstiftkonfiguration eine wirksame SPI bereitgestellt wird, welche eine bilaterale Kommunikation zwischen der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24 bis zu einer Anzahl n von Chips in Kommunikation mit einer oder mehreren Batteriezelle(n) 14 und dem Systemcontroller 18 ermöglicht.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird ein zusätzlicher Umwandlungsstart-Anschlussstift CNVST dazu verwendet, eine Datenumwandlung zu starten. Selbst wenn sich der CNVST-Anschlussstift in einem fehlerhaften oder nicht betriebsfähigen Modus befindet, können immer noch Umwandlungsvorgänge bis zu der Daisy-Chain der Batterieüberwachungschips 24 über die redundanten seriellen Verbindungsglieder, d. h. die UART-Schnittstelle 46 und das serielle UART-Verbindungsglied 22, erfolgen.
  • Die in 3 gezeigten Batterieüberwachungschips 24n-1 und 24n weisen ebenfalls jeweils eine Mehrzahl von Anschlussstiften auf, die zur Ausbildung der UART-Schnittstelle 46 ausgelegt sind. Wie zuvor erwähnt dient das serielle UART-Verbindungsglied 22 dazu, einen redundanten Kommunikationspfad zwischen jedem der Batterieüberwachungschips 24 und dem Systemcontroller 18 für den Fall eines fehlerhaften Ereignisses in der SPI oder dem SPI-Verbindungsglied bereitzustellen. Eine wünschenswerte serielle Kommunikation zwischen jeder Systemkomponente kann zusätzlich zu der SPI unter Verwendung der UART-Schnittstellen und/oder der Chipkomponenten erzielt werden.
  • Gemäß der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung 10 eine UART-Schnittstelle 46 auf, welche mit wenigstens einem UART-Verbindungsglied 22 zusammenwirkt, um diverse bidirektionale Verbindungen zwischen dem Systemcontroller 18 und jedem der Batterieüberwachungschips 24 und zwischen jedem der Batterieüberwachungschips 24 herzustellen. Bei einer Übertragung von Daten kann die UART-Schnittstelle 46 Daten mit einer langsameren Rate (BAUD-Rate) als die SPI 44 übertragen. Allerdings kann sich bei Übertragung von Daten unter Verwendung der UART-Schnittstelle 46 das Fahrzeug 50 in einem LOS-Zustand (LOS = ”Limited Operation Strategy”) befinden.
  • Der Systemcontroller 18 und die Batterieüberwachungschips 24 werden derart koordiniert, dass das redundante UART-Verbindungsglied 22 in normalem Betrieb mittels Durchführung eines Selbsttests periodisch getestet wird. Wenn das primäre Verbindungsglied 20 nicht in Betrieb ist und das UART-Verbindungsglied in Betrieb ist, kann das Fahrzeug weiterhin in einem LOS-Zustand oder -Modus betrieben werden. Wenn jedoch weder das serielle UART-Verbindungsglied 22 noch das primäre Verbindungsglied 20 in Betrieb sind, kann das Batteriesystem herunterfahren bzw. ausfallen.
  • Vorgänge bzw. Operationen wie der Zugriff auf im Chip befindliche Register, das Starten von Umwandlungen, das Auslesen von Daten aus dem Chip u. dgl., welche über die serielle primäre Schnittstelle (SPI) 46 durchgeführt werden, können auch symmetrisch über die redundante UART-Schnittstelle 44 durchgeführt werden.
  • Für einen Fachmann auf dem Gebiet der Controller und seriellen Kommunikationsverfahren ist ersichtlich, dass die Verwendung der seriellen UART-Schnittstelle 46 bei jedem Batterieüberwachungschip 24 mit zwischen benachbarten Chips 24 wechselseitig gekoppelten Sende(TX)- und Empfangs(RX)-Anschlussstiften zur standardmäßigen seriellen UART-Kommunikation möglich ist.
  • Das redundante UART-Verbindungsglied 22, welches in den 2 und 3 als UART-Bus dargestellt ist, ist dahingehend ausgelegt, eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24 und dem Systemcontroller 18 bereitzustellen. Der UART-Kommunikationspfad kann für eine Kommunikation zwischen jedem der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24 und dem Systemcontroller 18 über eine Mehrzahl von sekundären UART-Schnittstellenknoten aus Sende- und Empfangs-Anschlussstiften TX bzw. TR implementiert werden, welche jeweils an jedem der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24 (detaillierter in 3 dargestellt) und dem Systemcontroller 18 (in 2 dargestellt) angeordnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können das UART-Verbindungsglied 22 und die UART-Schnittstelle 46 auch Zeitsignale von einem Präzisions-On-Chip-Oszillator empfangen, welcher in dem Systemcontroller 18 vorgesehen und dahingehend ausgelegt ist, ein UART-Taktsignal zur Synchronisation mit dem UART-Verbindungsglied zu liefern.
  • Das UART-Verbindungsglied 22 bildet eine serielle Verbindung zwischen jedem der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips 24. Dementsprechend weist jeder Batterieüberwachungschip 24 eine Mehrzahl von UART-”Eingangs”-Anschlussstiften und UART-”Ausgangs”-Anschlussstiften auf, wobei die entsprechenden Anschlussstiftbezeichnungen jeweils mit einem ”L”- bzw. einem ”H”-Suffix versehen sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird durch die UART-Schnittstelle an jedem Batterieüberwachungschip 24 sichergestellt, dass die Spannungspegel für einen Batterieüberwachungschip korrekt verarbeitet werden, der sich auf einem höheren Spannungspotential als ein vorheriger Chip n-1 mit niedrigerem Spannungspotential befindet. Folglich können die Chips 24n-1 und 24n, welche jeweils voneinander verschiedene Spannungspotentiale aufweisen, seriell verbunden werden. Das zusätzliche UART-Verbindungsglied 22 zu den Chips 24n-1, 24n ermöglicht ein korrektes Zusammenführen der Spannungspegel für jeden nachfolgenden Chip (n) von höherem Spannungspotential mit dem vorangehenden Chip (n – 1) von niedrigerem Spannungspotential. Da die Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, existiert eine Spannungsverschiebung (engl.: ”voltage offset”) zwischen den Batterieüberwachungschips der Batteriezellen mit niedrigerem Potential und den Batterieüberwachungschips der Batteriezellen mit höherem Potential, die durch eine Spannungskorrektur kompensiert werden muss, um eine korrekte Kommunikation zwischen sämtlichen Chips, welche sich auf unterschiedlichen Spannungspotentialen befinden, zu ermöglichen. Der Spannungskorrekturfaktor kann für die Batterieüberwachungschips mit niedrigerem Potential und die Batterieüberwachungschips mit höherem Potential in ähnlicher Weise ausgelegt werden, wie dies für die SPI-Kommunikation bekannt ist, beispielsweise durch Einsatz des Spannungsreglers 34 bei jedem Batterieüberwachungsmodul 42.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird, wenn der Batterieüberwachungschip im Gleichgewichtszustand betrieben wird, der Stromfluss über jeden Batterieüberwachungschip 24 innerhalb einer vorbestimmten Toleranzgrenze im Wesentlichen gleich eingestellt, so dass die an einem ersten Chip gemessenen Strom- und Spannungswerte im Wesentlichen ähnlich zu den an einem nachfolgenden benachbarten Chip gemessenen Strom- und Spannungswerten sein dürften.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche vier primären SPI-Schnittstellenknoten 44n, 44n-1 und die zugeordneten Anschlussstifte, nämlich SDIHn, SDILn, CSHn, CSLn, SCLKHn, SCLKLn und SDOHn, SDOLn, SDIHn-1, SDILn-1, CSHn-1, CSLn-1, SCLKHn-1, SCLKLn-1, SDOHn-1, SDOLn-1, an den Batterieüberwachungschips 24n, 24n-1 so angeordnet, dass keiner der acht Anschlussstifte, welche zu den vier primären SPI-Schnittstellenknoten 44n, 44n-1 gehören, benachbart zu irgendeinem der seriellen redundanten UART-Knoten 46n, 46n-1 oder den zugeordneten Schnittstellenanschlussstiften TXHn, RXLn, RXHn, TXLn, und TXHn-1, RXLn-1, RXHn-1, TXLn-1 angeordnet ist. Folglich bleibt für den Fall, dass an einer einzelnen Punktverbindung, wie z. B. einer Lötstelle oder einer anderen fehlerhaften Stelle, ein Kurzschluss zwischen zwei beliebigen benachbarten Anschlussstiften an den Batterieüberwachungschips 24n, 24n-1 auftritt, wenigstens ein serieller Bus des primären seriellen Bus 20 und des sekundären seriellen Bus 22 betriebsfähig. Die Anschlussstiftkonfiguration, welche eine Trennung der SPI-Knoten und der UART-Schnittstellenknoten ermöglicht, ist in 3 dargestellt, wobei wenigstens ein Anschlussstift (nicht TX oder RX) zwischen jeder Gruppe von SPI-Schnittstellenknoten 44 und UART-Schnittstellenknoten 46 als ein solcher Anschlussstift bezeichnet ist, der weder ein TX-Anschlussstift noch ein RX-Anschlussstift ist. Der Anschlussstift kann jedoch ein CNVST-Anschlussstift sein.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird nachfolgend ein Verfahren zum Einsatz der Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung 10 beschrieben, bei dem ein Selbsttest der Vorrichtung zur Ermittlung von Systemfunktionalität erfolgt. Bei dem Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen: Bestimmung der Funktionalität eines primären seriellen Verbindungsgliedes sowie der Funktionalität eines redundanten sekundären seriellen Verbindungsgliedes. Aus dem primären seriellen Verbindungsglied und dem sekundären Verbindungsglied wird ein Verbindungsglied ausgewählt, um zwischen einem oder mehreren Batterieüberwachungschips und dem Systemcontroller zu kommunizieren, und es wird eine Benachrichtigung für einen Benutzer, ausgegeben, wenn eine verminderte Systemfunktionalität vorliegt. Bei verminderter Systemfunktionalität wird eine mit LOS bezeichnete Strategie für eingeschränkten Betrieb (LOS = ”Limited Operation Strategy”) implementiert,
  • Aus dem in 4 dargestellten Flussdiagramm sind nähere Einzelheiten eines Verfahrens 100 zu einem Einsatz der Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung 10 ersichtlich. Dabei wird in einem Schritt 102 ein Selbsttest des Systems 10 zur Ermittlung der Funktionalität von dessen Komponenten durchgeführt. In einem Schritt 104 wird die SPI-Funktionalität untersucht, wobei der Systemcontroller feststellt, ob das SPI-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird. In einem Schritt 106 wird die UART-Funktionalität untersucht. Der Systemcontroller ermittelt, ob das UART-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird. In einem Schritt 108 wird ein geeignetes Verbindungsglied bestimmt, wobei der Systemcontroller ermittelt, ob das primäre SPI-Verbindungsglied oder das sekundäre UART-Verbindungsglied eingesetzt wird. In einem Schritt 110 wird eine Nachricht an einen Benutzer übermittelt, wenn eine verminderte Systemfunktionalität vorliegt, wobei der Systemcontroller so betrieben wird, dass dieser ein Benutzerbenachrichtigungssystem aktiviert, welches dahingehend ausgelegt ist, einem Fahrzeugnutzer eine Nachricht zu liefern, dass eine verminderte Funktionalität vorliegt. In einem Schritt 112 wird ein LOS-Betrieb implementiert, wenn eine verminderte Systemfunktionalität vorliegt, wobei der Systemcontroller einen geeigneten LOS-Modus bestimmt, über den das System betrieben wird, wenn eine verminderte Systemfunktionalität vorliegt, wobei in einem Schritt 114 eine Kommunikation zwischen Batterieüberwachungschips und dem Systemcontroller erfolgt und der Systemcontroller so betrieben wird, dass dieser eine Kommunikation zwischen wenigstens einem Batterieüberwachungschip der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips startet, sendet, empfängt oder beendet. In einem Schritt 116 wird das Fahrzeugenergieversorgungssystem betrieben, wobei der Betrieb des Systemcontrollers derart erfolgt, dass dieser Energie von der jeweiligen Batterie an ein zentrales Fahrzeugenergieversorgungssystem liefert.
  • Anhand einer in 5 gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt 104 bzw. das Verfahren zur Untersuchung der SPI-Funktionalität detaillierter erläutert Schritt 104 beinhaltet, dass der Systemcontroller einen SPI-Funktionalitätstest startet (Schritt 120), wobei verifiziert wird, dass die SPI-Verknüpfung zwischen jedem Batterieüberwachungschip der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips sowie dem Systemcontroller betriebsfähig ist (Schritt 122), und dass festgestellt wird, ob das SPI-Verbindungsglied funktionsfähig ist (Schritt 124). Der Systemcontroller wird benachrichtigt, ob das SPI-Verbindungsglied betriebsfähig ist (Schritt 126, 128). Der SPI-Funktionalitätstest wird beendet (Schritt 130), wenn das SPI-Verbindungsglied betriebsfähig (Schritt 126) oder nicht betriebsfähig (Schritt 128) ist.
  • In dem Selbsttest werden Daten während eines Erfassungsfensters erfasst, welches durch eine vorbestimmte Zeitperiode definiert ist, innerhalb derer Parameter einschließlich der Spannungswerte durch Abtasten einer oder mehrerer Batteriezellen überwacht werden. Wenn das System mehr als eine Batteriezelle aufweist, werden die abgetasteten Parameter gemittelt und ein einziger gemittelter Parameterwert wird für die Mehrzahl von erfolgten Ablesungen mitgeteilt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung reicht das Erfassungsfenster von (einschließlich) 400 ns bis (einschließlich) 2 ms. Darüber hinaus wird bei Auftreten eines externen Ereignisses eine Überprüfung der Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung 10 durchgeführt. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die vorbestimmte Zeit innerhalb von 100 μs nach dem Auftreten eines externen Ereignisses.
  • Das Verfahren zum Ermitteln der UART-Funktionalität (Schritt 106) entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert anhand des in 6 dargestellten Flussdiagramms beschrieben. Das Verfahren umfasst ein Auslösen eines UART-Funktionalitätstests durch den Systemcontroller (Schritt 140), ein Verifizieren, ob das UART-Verbindungsglied zwischen jedem Batterieüberwachungschip der Mehrzahl von Batterieüberwachungschips und dem Systemcontroller betriebsfähig ist (Schritt 142), ein Ermitteln, ob das UART-Verbindungsglied funktionsfähig ist (Schritt 144), ein Registrieren innerhalb des Systemcontrollers, ob das UART-Verbindungsglied betriebsfähig (Schritt 126) oder nicht betriebsfähig ist (Schritt 128) und ein Beenden des UART-Funktionalitätstests (Schritt 150), wenn das UART-Verbindungsglied betriebsfähig (Schritt 146) oder nicht betriebsfähig ist (Schritt 148).
  • Das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Verfahren zum Bestimmen des geeigneten Verbindungsgliedes (Schritt 108) wird nachfolgend anhand des in 7 dargestellten Flussdiagramms detailliert beschrieben, wobei dieses Verfahren beinhaltet, dass der Systemcontroller feststellt, ob das SPI-Verbindungsglied (Schritt 152) und das UART-Verbindungsglied (Schritt 154) funktionsfähig sind. Wenn der Systemcontroller feststellt, dass das SPI-Verbindungsglied funktionsfähig ist (Schritt 156), löst der Systemcontroller eine Kommunikation unter Einsatz des SPI-Verbindungsgliedes aus (Schritt 158). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass das SPI-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird (Schritt 160), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er die Funktionalität des UART-Verbindungsgliedes ermittelt (Schritt 154). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass das SPI-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird, jedoch der UART mit voller Funktionalität betrieben wird (Schritt 162), löst der Systemcontroller eine Kommunikation unter Verwendung des UART-Verbindungsgliedes aus (Schritt 164). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass sowohl das SPI-Verbindungsglied als auch das UART-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben werden (Schritt 166), beendet der Systemcontroller die Kommunikation (Schritt 168).
  • Das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehene Verfahren zur Benachrichtigung des Benutzers im Falle reduzierter Systemfunktionalität (Schritt 110), wird nachfolgend detaillierter anhand des in 8 dargestellten Flussdiagramms beschrieben, wobei dieses Verfahren den Schritt beinhaltet, dass der Systemcontroller ermittelt, ob die Systemfunktionalität reduziert ist (Schritt 170). Wenn die Systemfunktionalität nicht reduziert ist (Schritt 172) beendet der Systemcontroller die Benutzerbenachrichtigung (Schritt 174). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass die Systemfunktionalität reduziert ist (Schritt 176), ermittelt der Systemcontroller, ob die UART-Funktionalität reduziert ist (Schritt 178). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass die UART-Funktionalität reduziert ist (Schritt 180), wird der Systemcontroller daraufhin so betrieben, dass er ein Signal an ein Benutzerbenachrichtigungsmodul liefert, welches das Benutzerbenachrichtigungsmodul veranlasst, dem Benutzer eine ”Service erforderlich”-Nachricht zu liefern (Schritt 182). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass die UART-Funktionalität nicht reduziert ist (Schritt 184), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er ermittelt, ob die SPI-Funktionalität reduziert ist (Schritt 186). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass die SPI-Funktionalität nicht reduziert ist (Schritt 188), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er die Benutzerbenachrichtigung beendet (Schritt 174). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass die SPI-Funktionalität reduziert ist (Schritt 190), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er das Benutzerbenachrichtigungsmodul veranlasst, dem Benutzer eine ”LOS”-Nachricht zu liefern.
  • Der Systemcontroller kann dann so betrieben werden, dass dieser ermittelt, ob sowohl das SPI-Verbindungsglied als auch das UART-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben werden (Schritt 194). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass nur ein Verbindungsglied von dem SPI-Verbindungsglied und dem UART-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben wird (Schritt 196), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er die Benutzerbenachrichtigung beendet (Schritt 174). Wenn der Systemcontroller ermittelt, dass sowohl das SPI-Verbindungsglied als auch das UART-Verbindungsglied mit reduzierter Funktionalität betrieben werden (Schritt 198), wird der Systemcontroller so betrieben, dass er das Benutzerbenachrichtigungsmodul veranlasst, eine ”Betriebsunfähigkeits”-Benachrichtigung an einen Benutzer zu liefern (Schritt 100). Dann wird die Benutzerbenachrichtigung beendet (Schritt 174).
  • Unter Bezugnahme auf das in 9 gezeigte Flussdiagramm wird nachfolgend das Verfahren zur Implementierung eines ”LOS”-Modus bei reduzierter Systemfunktionalität (Schritt 112) entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert, wobei dieses Verfahren beinhaltet, dass eine Diagnostiküberprüfung durchgeführt wird (Schritt 202), dass der Systemcontroller ermittelt, ob die SPI-Funktionalität reduziert ist (Schritt 204) und einen ”LOS”-Modus auswählt, wenn die SPI- oder die UART-Funktionalität reduziert ist (Schritt 210), dass ermittelt wird, ob die UART-Funktionalität reduziert ist (Schritt 208), wenn die SPI-Funktionalität nicht reduziert ist (Schritt 206), dass ein ”LOS”-Modus basierend auf Systembedingungen ausgewählt wird (Schritt 210), wenn entweder die SPI-Funktionalität reduziert ist oder die UART-Funktionalität reduziert ist, und dass die Diagnostiküberprüfung erneut gestartet wird (Schritt 202), wenn weder die SPI- noch die UART-Funktionalität reduziert ist.
  • Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Systemcontroller einen geeigneten ”LOS”-Modus aus einer Mehrzahl von ”LOS”-Modi auswählen, bei dem das System basierend auf Systembedingungen betrieben wird. Bei einem Betrieb in einem ”LOS”-Modus kann es erforderlich sein, einige der Betriebsparameter zu reduzieren, beispielsweise im Wege der Reduzierung der zulässigen Spannungsgrenzen der Batterie je nach Kenntnis des Batterieladezustandes (SOC) und der Abtastfrequenz zur Ermittlung der zugrundeliegenden Messung der Batteriezellenspannungen.

Claims (16)

  1. Batterieüberwachungs- und -Steuerungsvorrichtung, mit: wenigstens einer Batteriezelle (14), welche sich in Wirkverbindung mit wenigstens einer elektronischen Vorrichtung (12, 40) befindet; wenigstens einem Batterieüberwachungsmodul (42), welches der wenigstens einen Batteriezelle (14) zugeordnet ist und eine primäre Kommunikationsschnittstelle (44) sowie eine redundante sekundäre Kommunikationsschnittstelle (46) aufweist; einem Systemcontroller (18) in Wirkverbindung und Signalaustausch mit jedem Batterieüberwachungsmodul (42), wobei der Systemcontroller (18) dahingehend konfiguriert ist, wenigstens einen Batteriechip zu überwachen und Daten von diesem abzurufen, und Befehle zur Steuerung des Ladungsausgleichs der wenigstens einen Batteriezelle (14) auszuführen, und einem primären Verbindungsglied (20) und einem sekundären Verbindungsglied (22), welche dahingehend konfiguriert sind, unabhängig voneinander das wenigstens eine Batterieüberwachungsmodul (42) an den Systemcontroller (18) zu koppeln.
  2. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (14) aufweist: einen Batteriesatz (16), welcher eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen, Brennstoffzellen oder elektrochemische Zellen beinhaltet.
  3. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: wenigstens einen Batterieüberwachungschip (24), welcher dem wenigstens einen Batterieüberwachungsmodul (42) zugeordnet ist.
  4. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen (42), von denen jedes jeweils einer von einer Mehrzahl von Batteriezellen (14) zugeordnet ist, wobei sämtliche Batterieüberwachungsmodule (42) in Reihe in einer Daisy-Chain-Konfiguration miteinander und mit dem Systemcontroller (18) elektrisch gekoppelt sind.
  5. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen (42) Spannungspotentiale zwischen jedem der Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen (42) so verknüpft sind, dass die Spannung über jedes der Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen (42) geregelt wird.
  6. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Vorrichtung (12, 40) als wenigstens eine elektronische Komponente eines Elektrofahrzeuges, Hybridfahrzeuges, Hybrid-Elektro-Fahrzeuges oder Brennstoffzellenfahrzeuges ausgebildet ist.
  7. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine serielle SPI-Schnittstelle (SPI = ”Serial Peripheral Interface = serielle periphere Schnittstelle), welche das primäre Verbindungsglied (20) bildet, und eine SPI-Schnittstelle, welche die primäre Kommunikationsschnittstelle (44) bildet, die dem wenigstens einen Batterieüberwachungsmodul (42) zugeordnet ist.
  8. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: wenigstens vier primäre Schnittstellenknoten, welche der SPI-Schnittstelle zugeordnet sind, wobei die primären Schnittstellenknoten einen SDO-Knoten (SDO = ”Serial Data Out”), einen SDI-Knoten (SDI = ”Serial Data In”), einen SCLK-Knoten (SCLK = ”Serial Clock”) und einen CS-Knoten (CS = ”Chip Select”) aufweisen.
  9. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: ein serielles UART-Verbindungsglied, welches das sekundäre Verbindungsglied (22) bildet, und eine UART-Schnittstelle, welche die sekundäre Kommunikationsschnittstelle (46) bildet, die dem wenigstens einen Batterieüberwachungschip (24) zugeordnet ist, das zu dem wenigstens einen Batterieüberwachungsmodul (42) gehört.
  10. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: wenigstens zwei sekundäre Schnittstellenknoten, welche der UART-Schnittstelle zugeordnet sind, wobei die sekundären Schnittstellenknoten wenigstens einen Sendeknoten (TX-Knoten) und wenigstens einen Empfangsknoten (RX-Knoten) aufweisen, wobei die vier primären Schnittstellenknoten zu keinem der beiden sekundären Schnittstellenknoten benachbart sind.
  11. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sendeknotenschnittstelle aufweist: einen ”Transmit High”-Anschlussstift (TXHn-1), welcher zur Kopplung mit einem Empfangsknoten (RXLn) ausgelegt ist, der zu einem nächsten Batterieüberwachungschip mit höherem Potential in der seriellen Daisy-Chain gehört, und einen ”Transmit Low”-Anschlussstift (TXLn), der zu dem nächsten Batterieüberwachungschip mit höherem Potential gehört und dahingehend ausgelegt ist, mit einem Empfangsknoten (RXHn-1) gekoppelt zu werden, der zu einem vorherigen Batterieüberwachungschip mit niedrigerem Potential gehört.
  12. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Empfangsknoten aufweist: einen ”Receive High”-Anschlussstift (RXHn-1), welcher zum Koppeln an die Sendeknotenschnittstelle (TXLn) ausgelegt ist, die zu einem nächsten Batterieüberwachungschip von höherem Potential gehört, und einen ”Receive Low”-Anschlussstift (RXLn), welcher zu dem nächsten Batterieüberwachungschip von höherem Potential gehört und dahingehend ausgelegt ist, mit einer Sendeknotenschnittstelle (TXHn-1) gekoppelt zu werden, welche zu einem vorherigen Batterieüberwachungschip mit niedrigerem Potential gehört.
  13. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die UART-Schnittstelle und das serielle UART-Verbindungsglied dahingehend konfiguriert sind, redundante und symmetrische Kommunikation zwischen jedem der Batterieüberwachungsmodule (42) und dem Systemcontroller (18) bereitzustellen.
  14. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine Mehrzahl von primären SPI-Schnittstellenknoten (SPI = ”Serial Peripheral Interface”), welche der SPI zugeordnet sind, wobei die primären SPI-Schnittstellenknoten einen SDO-Knoten (SDO = ”Serial Data Out”), einen SDI-Knoten (SDI = ”Serial Data In”), einen SCLK-Knoten (SCLK = ”Serial Clock”) und einen SC-Knoten (CS = ”Chip Select”) aufweisen; wenigstens einen SDO-, SDI-, SCLK- und CS-Knoten; und eine Mehrzahl von sekundären UART-Schnittstellenknoten, welche wenigstens einen Senderschnittstellenknoten und wenigstens einen Empfängerschnittstellenknoten aufweisen.
  15. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vier primären SPI-Schnittstellenknoten nicht benachbart zu den beiden sekundären UART-Schnittstellenknoten sind.
  16. Batterieüberwachungs- und Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kommunikationsschnittstelle (46) dahingehend konfiguriert ist, symmetrische und redundante Operationen durchzuführen, welche von der primären Kommunikationsschnittstelle (44) durchgeführt werden, einschließlich Operationen, welche auf Chipregister zugreifen, Umwandlungen starten und dem Batterieüberwachungschip (24) zugeordnete Daten auslesen.
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