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Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsschnittstelle sowie eine Einrichtung und ein Verfahren zur Überwachung von mindestens einem elektronischen Energiemodul, bspw. mindestens einem Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energiewandler.
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Stand der Technik
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In Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen kommen häufig Lithium-Ionen-Batterien (d. h. Energiespeicher) oder auch Brennstoffzellen (d. h. Energiewandler), aber auch Solarzellen (d. h. Energieerzeuger) zum Einsatz. Die Herausforderung besteht darin, eine sichere und zuverlässige Energieversorgung des Fahrzeugs zu gewährleisten. Beispielsweise kann der Einsatz von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien in dieser Anwendung problematisch und gefährlich sein, da die Automobilumgebung harte Anforderungen stellt. Deshalb kommt ein Management-System zum Einsatz, das bspw. den Ladezustand einer Batterie als eine Zelle kontrolliert und aussteuert. Dies erfordert den Abgleich des Ladezustands durch selektives Entladen oder Übertragung von Ladung auf andere Zellen, damit die Zellspannungen stets innerhalb des spezifizierten Bereichs liegen. Üblicherweise sind mehrere hundert Zellen in Reihe geschaltet, die über eine serielle Kommunikationsschnittstelle mit dem zentralen Management-System verbunden werden müssen.
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In der Kraftfahrzeugtechnik kommen zur Datenübertragung zwischen logischen Bausteinen, die als integrierte Schaltkreise (lC, Integrated Circuit) ausgebildet sein können, in Steuergeräten serielle Schnittstellen, bspw. SPI, Serial Peripheral Interface, zum Einsatz. Die SPI-Schnittstelle beschreibt zwischen einem als Master ausgebildeten Baustein und mindestens einem als Slave ausgebildeten Baustein eine bidirektionale, synchrone und serielle Datenübertragung. Eine dabei verwendete SPI-Schnittstelle umfasst mindestens drei Leitungen zwischen dem Master und einem Slave, in der Regel sind dies zwei Datenleitungen und eine Taktleitung. Bei mehreren Slaves benötigt jeder dieser Bausteine eine zusätzliche Auswahl- bzw. Selektleitung vom Master. Aufgrund der Vielzahl an Zellen bzw. Modulen eignet sich die Anwendung der SPI-Schnittstelle in Form einer Bustopologie aufgrund der hohen Pinanzahl durch die benötigten Selektleitungen nicht. Die vorgesehene Schnittstelle ermöglicht auch bspw. die Umsetzung einer Daisy-Chain-Topologie, bei der Bausteine entsprechend ihrer Anordnung der Energieleitungen zwischen den Zellen kettenförmig angeordnet sind. In der Anwendung der SPI-Schnittstelle in der Daisy-Chain-Topologie, entstehen hohe Latenzzeiten, weshalb derartige Vorrichtungen nicht effizient genutzt werden können.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Feldbus-Netzwerksystems mit Ringtopologie ist in der Druckschrift
DE 10 2006 046 841 A1 beschrieben. Dieses Feldbus-Netzwerksystem weist eine Master-Einheit und eine Mehrzahl von Slave-Einheiten auf, die durch einen Feldbus in Ringtopologie verbunden sind. Dabei wird durch die Master-Einheit an eine Slave-Einheit eine Datenbotschaft gesendet. Es ist vorgesehen, dass eine Slave-Einheit eine erste Zählereinrichtung und eine zweite Zählereinrichtung aufweist. Dabei wird ein Zählerstand der ersten Zählereinrichtung zum Anzeigen einer Anzahl von erforderlichen Weiterleitungsschritten über zwischengeschaltete Slave-Einheiten in der Ringtopologie bis zu jener Slave-Einheit, für die die Datenbotschaft bestimmt ist, verwendet. Ein Zählerstand der zweiten Zählereinrichtung wird zum Anzeigen einer Anzahl von erfolgten Weiterleitungsschritten über zwischengeschaltete Slave-Einheiten in der Ringtopologie verwendet. Die Slave-Einheiten modifizieren beim Empfang der Datenbotschaft den Zählerstand der ersten Zählereinrichtung mit einem ersten vorgegebenen Algorithmus. Anhand des modifizierten Zählerstands der ersten Zählereinrichtung ermitteln die Slave-Einheiten, ob sie zum Empfang der Datenbotschaft bestimmt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden eine Kommunikationsschnittstelle mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 2 und ein Verfahren nach Patentanspruch 6 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Mit der im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Einrichtung, die mindestens eine erfindungsgemäße Kommunikationsschnittstelle umfasst, ist beispielhaft ein Batteriemanagement oder auch die Überwachung von Brennstoffzellen möglich. Dabei werden Kommunikationsschnittstellen zur Datenübertragung zwischen integrierten Schaltkreisen verwendet. Diese Schaltkreise, bspw. intelligente Sensoren, sind als Komponenten von Überwachungsbausteinen zur Kontrolle und somit zur Überwachung von elektrischen Energiemodulen und/oder Energiezellen, bspw. Batterien als mögliche elektrische Energiespeicher oder Brennstoffzellen als Energiewandler, vorgesehen. Derartige Kommunikationsschnittstellen können in einer ringförmigen Kommunikationsanordnung eingesetzt werden. Die zur Kommunikation vorgesehene Einrichtung für den Einsatz bei einem Batteriemanagement zur Datenübertragung zwischen den Überwachungsbausteinen und/oder den integrierten Schaltkreisen als Logikbausteine weist eine geringe Anzahl an Pins auf, so dass auch bei hohen Datenraten eine einfache und kostengünstige Implementierung auf derartigen Logikbausteinen, bspw. Mikrocontroller, ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder FPGA (Feld programmierbare Gatter-Anordnung), erfolgen kann.
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Mit mindestens einer Kommunikationsschnittstelle als Komponente einer Einrichtung zum Batteriemanagement ist eine Datenübertragung zwischen den Überwachungsbausteinen zur Kontrolle und/oder Überwachung von elektrischen Energiemodulen, bspw. Energiespeichern, Energieerzeugern und/oder Energiewandlern, die auch als elektrische Energiezellen bezeichnet werden, möglich. Dabei weist ein Überwachungsbaustein, der einem elektrischen Energiemodul zugeordnet ist, eine Kommunikationsschnittstelle und einen integrierten Schaltkreis auf.
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In weiterer Ausgestaltung weist ein derartiger Überwachungsbaustein ein Kontrollmodul mit mindestens einem Sensormodul zum Erfassen von zumindest einem Betriebsparameter des elektrischen Energiemoduls auf. Als Betriebsparameter kann eine Spannung, die an dem elektrischen Energiemodul anliegt, ein durch das elektrische Energiemodul fließender Strom, ein Ladezustand, ein Widerstand und/oder eine Temperatur des elektrischen Energiemoduls erfasst und somit überwacht werden. Werte des zumindest einen erfassten Betriebsparameters werden von dem Überwachungsbaustein über die Kommunikationsschnittstelle und die ringförmige Kommunikationsanordnung an die übergeordnete Kontrolleinheit übermittelt, die empfangenen Werte werden weiterverarbeitet und analysiert, wobei Werte von Betriebsparametern mehrerer elektrischer Energiemodule auch im Zusammenhang und/oder übergreifend ausgewertet werden können.
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Auf Grundlage einer Auswertung der Werte, die von der Kontrolleinheit durchgeführt wird, kann die Kontrolleinheit Befehle zur Manipulation von mindestens einem elektrischen Energiemodul, d. h. von mindestens einem Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energiewandler, bereitstellen und über die ringförmige Kommunikationsanordnung an mindestens einen Überwachungsbaustein, der dem mindestens einen elektrischen Energiemodul zugeordnet ist, gezielt übermitteln. Derartige Befehle werden von der Kommunikationsschnittstelle empfangen und an mindestens ein Aktormodul übermittelt. Das Aktormodul kann unter Berücksichtigung des Befehls wiederum eine Funktionsweise des mindestens einen elektrischen Energiemoduls durch Ansteuerung des mindestens einen Betriebsparameters beeinflussen.
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Mit der Bereitstellung eines Interrupt-Befehls und somit eines Befehls zur Unterbrechung eines Programms von mindestens einem Überwachungsbaustein an die Kontrolleinheit, die üblicherweise einen Mikrocontroller aufweist, kann eine Fehlerreaktion beschleunigt und damit eine Sicherheit des mindestens einen elektrischen Energiemoduls wesentlich erhöht werden.
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Eine Anwendung der mindestens einen Kommunikationsschnittstelle für einen Datenaustausch zwischen Teilnehmern der Einrichtung zum Management von elektrischen Energiemodulen auf Basis einer ringförmigen Kommunikationsanordnung ist in Fahrzeugen, bspw. Kraftfahrzeugen, möglich, die beschriebene elektrische Energiemodule aufweisen. Dabei kann ein derartiges Fahrzeug zumindest einen elektrischen Motor aufweisen, dem aus mindestens einem elektrischen Energiemodul elektrische Energie zugeführt werden kann. Ein Fahrzeug, bei dem ein elektrischer Motor zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildet ist, kann als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Zum Antreiben von derartigen Fahrzeugen werden als elektrische Energiemodule üblicherweise Lithium-Ionen-Batterien oder Brennstoffzellen verwendet.
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Zum sicheren und zuverlässigen Betreiben von elektrischen Energiemodulen kann eine beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung zum Kontrollieren von mindestens einem elektrischen Energiemodul eingesetzt werden, die auch als Managementsystem, bspw. Batterie-Managementsystem (BMS), bezeichnet werden kann. Die Einrichtung ist dazu ausgebildet, als mindestens einen Betriebsparameter bspw. den Ladezustand jedes elektrischen Energiemoduls zu überwachen.
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Im Rahmen der Erfindung wird demnach eine serielle Verbindung von Teilnehmern oder Knoten und somit von Komponenten einer seriellen, in Ausgestaltung ringförmigen Kommunikationsanordnung bereitgestellt, bei der eine Latenzzeit minimiert ist. Bei dieser Kommunikationsanordnung kann eine Datenübertragung von Teilnehmer zu Teilnehmer mit einer Verzögerung von einer Bitdauer pro Teilnehmer erfolgen, wodurch Datenpakete, die Nachrichten enthalten können, zwischen den Teilnehmern mit sehr geringer Latenz übertragen werden können. Teilnehmer dieser Kommunikationsanordnung werden zum Überwachen von elektrischen Energiemodulen verwendet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Beispiel für eine Anordnung zum Überwachen von Zellen oder Modulen, bspw. Batteriemodulen.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung 2 zum Überwachen von mehreren Batteriemodulen 8, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese Anordnung 2 umfasst eine als Master ausgebildete Kontrolleinheit 6 sowie mehrere als Slaves ausgebildete Überwachungseinheiten 10. Dabei ist jede Überwachungseinheit 10 einem Batteriemodul 8 zugeordnet. Jede Überwachungseinheit 10 umfasst hier ein Modul zur Überwachung von Betriebsparametern. Außerdem ist jeder Überwachungseinheit 10 eine serielle periphere Schnittstelle 12 mit einem Schieberegister 14 zugeordnet.
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Sämtliche Komponenten der Anordnung 2, d. h. die Kontrolleinheit 6 sowie die Überwachungseinheiten 10 sind hintereinander in Reihe geschaltet und hier über mindestens drei Leitungen 16, 18, 20 miteinander verbunden. Dabei ist eine erste Leitung 16 (MOSI, Master out Slave in) zur Übertragung von Daten der Kontrolleinheit 6 an die Überwachungseinheit 10 vorgesehen. Eine zweite Leitung 18 (MISO, Master in Slave out) ist zur Übertragung von Daten von zumindest einer Überwachungseinheit 10 an die Kontrolleinheit 6 vorgesehen. Eine dritte Leitung 20 (CLK, Clock) ist zur Übertragung eines Taktsignals und/oder zur Synchronisierung der Komponenten der Anordnung 2 vorgesehen. Mit einer hier nicht gezeigten vierten Leitung können die Komponenten der Anordnung 2 aktiviert werden.
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Eine Aufgabe der Überwachungseinheiten 10 ist die Überwachung der in Reihe geschalteten Batteriemodule 8. Bei der Anordnung 2 nach dem Stand der Technik kommunizieren die Überwachungseinheiten 10 über die seriellen Schnittstellen 12 mit der als Host-Controller vorgesehenen zentral übergeordneten Kontrolleinheit 6. Ist eine lange Kette von Überwachungseinheiten 10 mit integrierten Schaltkreisen vorgesehen, wird für die meisten Überwachungsbausteine 10 eine Daisy-Chain-Anordnung 2 genutzt. Dabei kommuniziert jede Überwachungseinheit 10 einer derartigen kettenartigen Anordnung 2 mit seinem Nachbarn ohne Optokoppler oder Isolator, wodurch nur die letzte Überwachungseinheit 10 der Anordnung 2 mit der Kontrolleinheit 6, die einen Mikrocontroller aufweist und eine Funktion einer Steuereinheit erfüllt, verbunden werden muss. Die Anordnung 2 weist somit keine geschlossene Ringtopologie auf. Der Ausfall einer einzelnen Überwachungseinheit 10 kann hier zum Ausfall der kompletten Anordnung 2 führen.
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Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung 30 zum Kontrollieren von mindestens einem elektrischen Energiemodul 36 ist in 2 schematisch dargestellt. Das mindestens eine elektrische Energiemodul 36 kann als elektrischer Energiespeicher, elektrischer Energieerzeuger und/oder elektrischer Energiewandler ausgebildet sein und auch als elektrische Energiezelle bezeichnet werden. Diese Einrichtung 30 umfasst als Teilnehmer eine Kontrolleinheit 34, die als Master ausgebildet ist, sowie mehrere Überwachungsbausteine 46, die hier als Slaves ausgebildet sind. Sämtliche Teilnehmer der Einrichtung 30 sind über Signalleitungen 38 einer ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 miteinander seriell verbunden. Dabei ist jeweils zwischen zwei benachbarten Teilnehmern der Einrichtung 30 einer Signalleitung 38 geschaltet.
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Zur Verbindung mit benachbarten Teilnehmern ist jedem Überwachungsbaustein 46 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle 42 zugeordnet, die zur Übertragung von Daten über Signalleitungen 38 in der seriellen, ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 ausgebildet ist und eine zeitliche Verschiebung und/oder Verzögerung eines empfangenen Signals um einen festen Wert, hier zumindest um ein Bit, mit einem 1-Bit-Schieberegister 44, erzeugt. Der Kontrolleinheit 34 ist in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls eine derartige Kommunikationsschnittstelle für eine serielle, ringförmige Kommunikationsanordnung 40 zugeordnet, die jedoch in 2 nicht dargestellt ist. Jeder Teilnehmer ist über eine Kommunikationsschnittstelle 42 mit seinem benachbarten Teilnehmer verbunden.
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Weiterhin umfasst jeder Überwachungsbaustein 46 ein Kontrollmodul, das zum Kontrollieren und somit zum Steuern und/oder zum Regeln und demnach auch zum Überwachen mindestens eines Betriebsparameters eines zugeordneten elektrischen Energiemoduls 36 ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass jedem elektrischen Energiemodul 36 ein derartiger Überwachungsbaustein 46 zugeordnet ist. In der anhand von 2 gezeigten Ausführungsform ist eine Kommunikationsschnittstelle 42, die einem Überwachungsbaustein 46 zugeordnet ist, als externe Komponente mit dem Überwachungsbaustein 46 verbunden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Kommunikationsschnittstelle 42 als Komponente eines Überwachungsbausteins 46 ausgebildet und in diesen integriert sein kann. Üblicherweise ist jedem Energiemodul 36 neben dem Überwachungsbaustein 46 eine Kommunikationsschnittstelle 42 zugeordnet. Dabei kann oder können der Überwachungsbaustein 46 und/oder die Kommunikationsschnittstelle 42 mit dem Energiemodul 36 verbunden sein. Es ist auch möglich, dass der Überwachungsbaustein 46 und/oder die Kommunikationsschnittstelle 42 als Komponente/n des Energiemoduls 36 ausgebildet sein kann oder können. In diesem Fall, wie in 2 dargestellt ist, sind in jedes Energiemodul 36 ein Überwachungsbaustein 46 und eine Kommunikationsschnittstelle 42 integriert.
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Werte von Betriebsparametern der elektrischen Energiemodule 36, die von Kontrollmodulen der einzelnen Überwachungsbausteine 46 ermittelt werden, werden über die Signalleitungen 38 der ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 an die Kontrolleinheit 34 übermittelt und von einem hier nicht gezeigten Mikrocontroller der Kontrolleinheit 34 ausgewertet. Auf Grundlage ermittelter Werte von Betriebsparametern der elektrischen Energiemodule 36 werden von der Kontrolleinheit 34 Befehle zum Ansteuern der elektrischen Energiemodule 36 ermittelt und über die Signalleitungen 38 der Kommunikationsanordnung 40 an die Überwachungsbausteine 46 übermittelt, wobei die Kontrollmodule 46 die elektrischen Energiemodule 36 unter Berücksichtigung der bereitgestellten Befehle ansteuern.
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Die hier vorgestellte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle 42 für eine serielle ringförmige Kommunikationsanordnung 40 bietet im Unterschied zu seriellen peripheren Schnittstellen 12, wie sie beim Stand der Technik verwendet werden, bei einer Kommunikation mit einer hohen Anzahl von Teilnehmern eine Verkürzung der Latenzzeiten für zu übertragende Signale.
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Jeder Teilnehmer weist nur eine Signalleitung 38 zu einem voranstehend angeordneten Nachbarn und eine Signalleitung 38 zu einem nachfolgend angeordneten Nachbarn in der ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 auf. Im Unterschied zur SPI-Schnittstelle 12 (1) können dadurch Pins eingespart werden, wodurch die Kosten für die Aufbau- und Verbindungstechnik reduziert werden. Außerdem wird durch die reduzierte Pinanzahl das Ausfallrisiko entsprechend verringert.
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Bei dem Einsatz einer Ringtopologie für die Kommunikationsanordnung 40 wird beachtet, dass jeder Teilnehmer um die Spannung des elektrischen Energiemoduls 36, das er überwacht, höher oder tiefer als sein voranstehend oder nachfolgend angeordneter Nachbar liegt. Somit kann mit der ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 auch berücksichtigt werden, dass benachbarte Überwachungsbausteine 46 als Teilnehmer auf unterschiedlichen Potentialen liegen, die von Potentialdifferenzen benachbarter, zu überwachender Energiemodule 36 abhängig sind.
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Die Überwachungsbausteine 46 weisen keine separate Versorgungleistungen auf, sondern beziehen ihre Energie direkt aus dem zu überwachenden elektrischen Energiemodul 36. Da die elektrischen Energiemodule 36 in Reihe geschaltet sind, arbeiten diese mit einem unterschiedlichen Potential. In Ausgestaltung kann daher die Einrichtung 30 als geschlossener Ring mit Optokoppler, Transformator und/oder Kondensator ausgebildet sein.
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Durch Verwendung der seriellen, ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 als Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung 30 können die Teilnehmer über einen Kondensator in der Größenordnung von 1 nF und einen Schutzwiderstand in der Größenordnung von 300 Ohm in einzelnen Signalleitungen 38 verbunden werden. Außerdem kann jeder Teilnehmer eine Eingangsschutzdiode aufweisen. Da ständig Signale übertragen werden, klemmen die Eingangsschutzdioden jedes Teilnehmers die kontinuierlich übertragenen Signale immer auf einen richtigen Pegel. Somit kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung 30 auf ansonsten übliche Optokoppler oder Eingangsstufen zwischen Teilnehmern verzichtet werden.
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Im Unterschied zum Stand der Technik bietet die verwendete serielle, ringförmige Kommunikationsanordnung 40 eine Möglichkeit zum Absetzen von Soft-Interrupts (Unterbrechungsanfragen) durch die als Slaves vorgesehenen Überwachungsbausteine 46. Um im Leerlauf des Masters, d. h. dieser hat keine zu versendende Botschaften vorliegen, Informationen und/oder Unterbrechungsanfragen von den Slaves empfangen zu können, sendet der Master kontinuierlich sog. Leerrahmen. Durch das Versenden der Leerrahmen, die auch als Idleframes bezeichnet werden, erfolgt somit eine Abfrage (Polling) der Slaves. Jeder Slave kann einen Leerrahmen belegen und seine Daten und/oder wenigstens eine Anforderung als sog. "Soft-Interrupt" und somit als Unterbrechung der Software, als Antwort auf die Abfrage übertragen. Mit zumindest einem versendeten Soft-Interrupt kann ein Überwachungsbaustein 46 der Kontrolleinheit 34 als Host-Controller eine gefährliche Situation signalisieren, ohne dass die als Master vorgesehene Kontrolleinheit 34 einen Zustand der Überwachungsbausteine 46 als weitere Teilnehmer der Kommunikationsanordnung 40 durch kontinuierliche Aufrufe (Polling) abfragen muss. Eine Reaktionszeit mindestens eines Teilnehmers, üblicherweise der Kontrolleinheit 34 als Master, auf einen Fehler kann auch in einer ungünstigen Betriebssituation deutlich verbessert werden.
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Durch die Übertragung einer Taktinformation über die Signalleitungen 38 wird sichergestellt, dass sämtliche Überwachungsbausteine 46 der Einrichtung 30 synchron zur Kontrolleinheit 34 arbeiten. Dies eröffnet u. a. die Möglichkeit, über einen Sende- bzw. Broadcast-Befehl ein zeitgleiches Abtasten von Analog- und/oder Digital-Kanälen der Teilnehmer zu veranlassen. Aufgrund der diversen Spannungsschwankungen in der Einrichtung 30 erleichtert sich durch die zeitsynchrone Abtastung von Signalen durch die Teilnehmer die Auswertung der Informationen zu Betriebsparametern der elektrischen Energiemodule 36 in der Kontrolleinheit 34.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstellen 42 und der seriellen, ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 zum Verbinden der Teilnehmer der Einrichtung 30 bietet ferner die Möglichkeit, die Sicherheit der Einrichtung 30 zum Management von elektrischen Energiemodulen 32. Durch die permanente Synchronisation der Teilnehmer in der seriellen, ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 ermöglicht eine Phasenregenschleife (PLL, phase looked loop) als Komponente eines Teilnehmers weiterhin eine Überwachung (Watchdog) einer Funktion von mindestens einem Teilnehmer der Einrichtung 30. Sofern die Kontrolleinheit 34 als ein Teilnehmer beispielsweise defekt ist und kein Datensignal auf einer Kommunikationsschnittstelle 42 ausgibt, kann in den Überwachungsbausteinen 36 als Slaves keine Synchronisation erfolgen, wodurch eine Phasenregelschleife als Komponente eines betroffenen Teilnehmers ausrastet. Über eine Auswertung des Signals kann die Einrichtung 30 im Fehlerfall in einen Sicherheitsbetrieb (Fail-Safe-Mode) übergehen.
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Die Kommunikationsschnittstelle 42 sowie die Einrichtung 40 können für elektrische Energiemodule 36, üblicherweise für Batterien und/oder Akkumulatoren von Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie Brennstoffzellen, verwendet werden.
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Weiterhin bietet die Kommunikationsanordnung 40 der Einrichtung 30 durch die Ringtopologie mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den Teilnehmern eine minimale Pinanzahl. Die Kontrolleinheit 34 als Host Controller agiert dabei als Master, wodurch keine Busarbitrierung erforderlich ist. Die als Überwachungsbausteine 46 ausgebildeten Slaves können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) als Schaltkreise aufweisen, die von einem Mikrocontroller als Logik der Kontrolleinheit 34 gesteuert werden. Die Kontrolleinheit 34 als Master sendet über die Signalleitungen 38 der ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 einen kontinuierlichen Datenstrom. Dabei ist es möglich, dass die Kontrolleinheit 34 durch Modifikation des kontinuierlichen Datenstroms ein dem mindestens einen Überwachungsbaustein 46 zugeordnetes Bit einfügt und/oder modifiziert und somit dem mindestens einen Überwachungsbaustein 46 einen Interrupt-Befehl bereitstellt. Durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Synchronisation der Teilnehmer benötigen die Überwachungsbausteine 46 als Slaves keinen weiteren Systemtakt. Somit erfolgt über die Signalleitungen 38 eine leitungskodierte Datenübertragung unter Bereitstellung eines Takt für die Teilnehmer.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung 30 zum Kontrollieren von mindestens einem elektrischen Energiemodul 36, d. h. von mindestens einem elektrischen Energiespeicher, Energieerzeuger und/oder Energiewandler, weist demnach als Teilnehmer eine Kontrolleinheit 34 als Master und mindestens einen Überwachungsbaustein 46 als Slave auf. Dabei ist in der Regel einem elektrischen Energiemodul 36 ein Überwachungsbaustein 46 zugeordnet. Sämtlichen Teilnehmern der Einrichtung 30, d. h. der Kontrolleinheit 34 und dem mindestens eine Überwachungsbaustein 46, sind Kommunikationsschnittstellen 42 zugeordnet, über die diese in der ringförmigen Kommunikationsanordnung 40 seriell miteinander verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006046841 A1 [0004]
