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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines Energiespeichers, insbesondere eines Fahrzeugs, die eine Brennkraftmaschine und/oder zumindest einen elektrischen Antrieb aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung für ein Fahrzeug zur Überwachung eines oder mehrerer Energiespeicher.
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Moderne Fahrzeuge verfügen zunehmend über sog. Bordnetzmanagementsysteme zur Überwachung eines Batteriestatus/-ladezustands (State of Charge, SOC) sowie über Mittel, gewisse Klassen elektrischer Verbraucher zugunsten der Regeneration des Energiespeichers abzuschalten. Bestandteil dieser Bordnetzmanagementsysteme ist zumeist ein integrierter intelligenter Batteriesensor (IBS), welcher eine Messung von Strom, Spannung und Batterietemperatur durchführt und anhand der gewonnenen Größen unter Anwendung verschiedener Algorithmen verschiedene Batterie- und Bordnetzzustände errechnet.
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Strom, Spannung und Batterietemperatur sind quasi-direkt messbare Größen. Die Bestimmung des Ladezustandes und der Alterung oder des Gesundheitszustandes (State of Health, SOH) der Batterie sind hingegen nur indirekt möglich, so dass sie gewöhnlich aus den direkt messbaren Größen hergeleitet werden. Bevorzugt wird der SOC und/oder SOH mittels eines, z. B. parallel in Software ausgeführten, Batteriemodells hergeleitet. Um aussagekräftige Ergebnisse über SOC und SOH zu erhalten, müssen die Elemente der Ersatzschaltung des Batteriemodells, basierend auf den messtechnisch ermittelten Werten der direkt messbaren Größen von Strom, Spannung und Temperatur, berechnet werden.
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Ein herkömmlicher Batteriesensor ist in 4 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet. Der Batteriesensor 110 wird an den Minuspol 102 einer Batterie 100 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs montiert. Gemäß dem in 4 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbild ist der Minuspol 102 mit einem Anschluss 104 des Batteriesensors 110 elektrisch verbunden. Zwischen diesem Anschluss 104 und einem weiteren Anschluss 105, der mit einem Bezugspotential 103 (der Karosserie des Fahrzeugs) gekoppelt ist, ist ein Messwiderstand 106 verschaltet. Darüber hinaus weist der Batteriesensor 110 weitere Anschlüsse 111 und 112 auf. Über den Anschluss 111 ist der Batteriesensor 110 über eine Kommunikationsleitung 3 mit einem Kommunikationsanschluss 4 des übergeordneten Steuergeräts 2 verbunden. Der Anschluss 112 ist über eine Versorgungsleitung 6 mit dem Pluspol 101 der Batterie 100 verbunden. Auch das übergeordnete Steuergerät 2 ist mit dem Pluspol 101 der Batterie 100 verbunden.
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Der Batteriesensor 110 weist einen Controller 120 auf, dem die an den Anschlüssen 111, 112, 104, 105 anliegenden Spannungen bzw. Signale zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Ein Anschluss 121 des Controllers 120 ist mit dem Anschluss 111 zur Kommunikation mit dem übergeordneten Steuergerät 2 gekoppelt. Über den Anschluss 122, der mit dem Anschluss 112 verbunden ist, wird der Controller 120 mit einem Versorgungspotential VDD beaufschlagt. Der Anschluss 123 stellt einen ersten Messeingang dar, welcher mit dem Anschluss 112, über den die Versorgungsspannung (Ubat) zugeführt wird, verbunden ist. Mit dem Anschluss 123 ist ein aus Widerständen 124, 125 gebildeter Spannungsteiler gekoppelt. Die an dem Widerstand 124 abfallende Spannung wird einem AD-Wandler 126 zugeführt. Über den Spannungsteiler 124, 125 und den AD-Wandler 126 wird die an dem Anschluss 123 bzw. die an dem Anschluss 112 des Batteriesensors 110 anliegende Spannung ermittelt. Diese entspricht der Batteriespannung der Batterie 100. Messeingänge 127, 128 greifen eine über dem Widerstand 106 abfallende Spannung ab. Über den Messwiderstand 106 wird ein über die Batterie 100 fließender Strom ermittelt, wobei die Stromermittlung indirekt über eine Spannungsmessung des Widerstands 106 erfolgt.
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Eine Kommunikation zwischen dem übergeordneten Steuergerät 2 und dem Controller 120 des Batteriesensors 110 erfolgt – wie erläutert – über die Kommunikationsleitung 3. Die Kommunikation basiert bevorzugt auf der Spezifikation LIN (Local Interconnect Network). LIN ist die Spezifikation für ein serielles Kommunikationssystem, das auch LIN-Bus genannt wird. LIN wird für eine kostengünstige Kommunikation zwischen Sensoren und Aktuatoren in Fahrzeugen verwendet, wobei LIN auf einem Eindraht-Bus basiert. Dieser verwendet die Kommunikationsleitung 3 als Signalleitung und die Karosserie als Bezugspotential. Signalzustände werden „rezessiv” über den Spannungspegel des Fahrzeugs bzw. der an dem Batteriesensor angeschlossenen Batterie und „dominant” (0 V-Pegel) genannt. Der hohe Zustand ist rezessiv.
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In manchen Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Hybridfahrzeugen (also solchen Fahrzeugen, die sowohl über eine Brennkraftmaschine als auch einen elektrischen Antrieb verfügen) sind in der Regel mehrere Batterien vorgesehen. Eine der Batterien dient in der Regel zur Versorgung des Bordnetzes, die andere, zusätzliche Batterie wird beispielsweise für einen Motorstart dezidiert verwendet. Jede in einem Fahrzeug vorgesehene Batterie ist mit einem wie oben beschriebenen Batteriesensor versehen. Aus Kostengründen, aber auch für die Vereinfachung der Auswertung der von den Batteriesensoren ermittelten Informationen, soll lediglich ein einziges übergeordnetes Steuergerät vorgesehen sein. Dies ist mit dem herkömmlichen, oben beschriebenen Batteriesensor jedoch nicht möglich, da die Kommunikation über LIN nicht mehr zuverlässig in jeder Situation sichergestellt werden kann.
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Das übergeordnete Steuergerät wird von einer der Batterien, in der Regel derjenigen, die das Bordnetz versorgt, mit Spannung versorgt. Der Batteriesensor der zusätzlichen Batterie wird jedoch von der Zusatzbatterie versorgt. Je nach Ladezustand der beiden Batterien ergeben sich unterschiedliche Spannungspegel, die sich auf die Kommunikationsleitung, der vorzugsweise als Bus ausgebildet ist, auswirken. Je nachdem, von welchem der Batteriesensoren eine Kommunikation ausgeht, ergibt sich ein von der zugeordneten Batterie spannungsabhängiger Pegel, so dass keine direkte Kommunikation mehr möglich ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines Energiespeichers anzugeben, welche in einem Fahrzeug mit mehreren Batterien ohne weitere Maßnahmen mit einem gemeinsamen übergeordneten Steuergerät betrieben werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für ein Fahrzeug zur Überwachung eines oder mehrerer Energiespeicher anzugeben, welche oben genannten Nachteil nicht aufweist.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines Energiespeichers, insbesondere eines Fahrzeugs, das eine Brennkraftmaschine und/oder zumindest einen elektrischen Antrieb aufweist. Eine solche Vorrichtung stellt einen intelligenten Batteriesensor zur Überwachung des Zustandes des Energiespeichers dar. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Anschluss, welcher mit einer Kommunikationsleitung zu einem übergeordneten Steuergerät koppelbar ist, um einen Datenaustausch zwischen der Vorrichtung und dem übergeordneten Steuergerät zu erlauben. Die Vorrichtung umfasst einen zweiten Anschluss zur Beaufschlagung der Vorrichtung mit einem Versorgungspotential. Ein dritter Anschluss der Vorrichtung kann mit einem Pol, insbesondere dem Pluspol, des zu überwachenden Energiespeichers zu Messzwecken gekoppelt werden. Es ist eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, die mit dem ersten, zweiten und dritten Anschluss der Vorrichtung gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die Kommunikation mit dem übergeordneten Steuergerät durchzuführen und das an dem dritten Anschluss anliegende Signal zu verarbeiten. Es ist weiter ein Schaltelement vorgesehen, welches zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss verschaltet ist, wobei die Schaltstellung und/oder das Schaltmuster des Schaltelements durch die Verarbeitungseinheit in Abhängigkeit davon gewählt wird, ob das an dem zweiten Anschluss anliegende Spannungssignal als Messsignal an dem dritten Anschluss verwendet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl in einem konventionellen Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem einzigen Energiespeicher als auch in Fahrzeugen mit mehreren Energiespeichern betrieben werden. Die Vorrichtung erlaubt es, die Kommunikation zu dem übergeordneten Steuergerät auf demselben Pegel vorzunehmen, an das das übergeordnete Steuergerät angeschlossen ist. Dadurch, dass die Vorrichtung als Gleichbauteil in einer Vielzahl von Fahrzeugen zum Einsatz kommen kann, kann dies kostengünstig bereitgestellt werden. Darüber ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, in einem Kraftfahrzeugbordnetz mit lediglich einem einzigen übergeordneten Steuergerät auszukommen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Schaltelement ein durch die Verarbeitungseinheit steuerbares Schaltelement, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Ein Vorteil eines solchen Schaltelements besteht darin, dass sich dieses annähernd leistungslos schalten lässt und dadurch der hierfür benötigte Energieverbrauch gering ist. Ebenso könnte als Schaltelement ein Bipolartransistor oder ein anderes Halbleiterschaltelement eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Schaltstellung und/oder das Schaltmuster des Schaltelements automatisiert durch die Verarbeitungseinheit ermittelt, sobald die Vorrichtung an den zu überwachenden Energiespeicher angeschlossen und mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt ist. Die Vorgehensweise besteht in einer Überprüfung des Spannungsniveaus am Spannungsmesseingang für die Batteriespannung der Verarbeitungseinheit in Abhängigkeit von der Stellung des Schaltelements. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise als Controller ausgebildet sein. Ebenso kann die Verarbeitungseinheit durch mehrere einzelne Chips (z. B. einer für Kommunikation, einer für Signalverarbeitung und ein separater A/D Wandler) ausgebildet sein.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Ermittlung der Schaltstellung und/oder das Schaltmuster des Schaltelements in Abhängigkeit davon, ob der an die Vorrichtung angeschlossene Energiespeicher das Bordnetz des Fahrzeugs oder nicht an das Bordnetz angeschlossene Komponenten, insbesondere einen Startergenerator, versorgt.
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Zweckmäßigerweise wird in Abhängigkeit der an die Vorrichtung angeschlossenen Batterie ein erster oder ein zweiter Algorithmus zur Konfiguration einer Kommunikationsschnittstelle zur Vermeidung von Adresskonflikten ausgewählt. Hierdurch kann, wenn mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, vorzugsweise über ein Bussystem, an ein übergeordnetes Steuergerät angeschlossen sind eine reibungslose Kommunikation der Komponenten erzielt werden. Insbesondere können in dem ersten und dem zweiten Algorithmus unterschiedliche Adresslisten für die Kommunikationsschnittstelle vorgesehen sein.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit der an die Vorrichtung angeschlossenen Batterie ein erster oder ein zweiter Algorithmus zur Verarbeitung der Messsignale (Spannung, Strom und Temperatur) ausgewählt wird. Welcher Algorithmus zum Einsatz kommt, hängt davon ab, ob der an die Vorrichtung angeschlossene Energiespeicher das Bordnetz des Fahrzeugs oder nicht an das Bordnetz angeschlossene Komponenten versorgt. In beiden Fällen stellt sich die Belastung des Energiespeichers anders dar, so dass andere Methoden zur Ermittlung von SOC und SOH verwendet werden.
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Die Erfindung schafft weiter eine Anordnung für ein Fahrzeug zur Überwachung eines oder mehrerer Energiespeicher. Die Anordnung umfasst einen ersten Energiespeicher zur Versorgung eines Bordnetzes des Fahrzeugs sowie eine erste Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes des ersten Energiespeichers, wie oben beschrieben. Dabei ist der Pol des ersten Energiespeichers mit dem zweiten Anschluss der ersten Vorrichtung verbunden. Das Schaltelement der ersten Vorrichtung ist zumindest für den Zeitraum einer Signalabtastung des dritten Anschlusses geschlossen, welcher mit dem Spannungsmesseingang der Verarbeitungseinheit verbunden ist. Schließlich umfasst die Anordnung ein übergeordnetes Steuergerät, an das über eine Kommunikationsleitung der erste Anschluss angeschlossen ist.
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Eine derartige Anordnung umfasst lediglich einen einzigen Energiespeicher, welcher in bekannter Weise zur Versorgung des Bordnetzes des Fahrzeuges dient. Ist lediglich ein einziger solcher Energiespeicher vorgesehen, so erfolgt der Anschluss des Energiespeichers in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise. Erzielt wird dies dadurch, dass das Schaltelement der ersten Vorrichtung zumindest für den Zeitraum der Signalabtastung des dritten Anschlusses geschlossen ist, so dass der Verarbeitungseinheit zu Messzwecken die Spannung am zweiten Anschluss zugeführt wird.
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Insbesondere ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass der dritte Anschluss der ersten Vorrichtung nicht beschaltet ist. In Anordnungen mit lediglich einem einzigen Energiespeicher ist eine Beschaltung des dritten Anschlusses in keinem Fall vorgesehen oder notwendig, da die Verzweigung der an dem zweiten Anschluss anliegenden Spannung innerhalb der Vorrichtung selbst durch das Schaltelement erfolgt.
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Um die Vorrichtung bzw. Anordnung möglichst energieeffizient betreiben zu können, ist es zweckmäßig, wenn das Schaltelement der ersten Vorrichtung nur für den Zeitraum der Signalabtastung des dritten Anschlusses der ersten Vorrichtung geschlossen ist. Prinzipiell wäre es auch möglich, das Schaltelement dauerhaft leitend zu schalten, was jedoch mit einem höheren Energieaufwand verbunden wäre.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Anordnung zusätzlich einen zweiten Energiespeicher zur Versorgung von nicht an das Bordnetz angeschlossenen Komponenten. Ferner ist eine zweite Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes des zweiten Energiespeichers der oben beschriebenen Art vorgesehen. Dabei ist der Pol (Pluspol) des ersten Energiespeichers mit dem zweiten Anschluss der zweiten Vorrichtung zur Beaufschlagung der zweiten Vorrichtung mit einem Versorgungspotential verbunden. Ferner ist der Pol (Pluspol) des zweiten Energiespeichers mit dem dritten Anschluss der zweiten Vorrichtung zu Messzwecken verbunden. Das Schaltelement der zweiten Vorrichtung ist hierbei dauerhaft geöffnet.
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Ist gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung ein weiterer, zweiter Energiespeicher vorgesehen, so erfolgt die Spannungsversorgung der dem zweiten Energiespeicher zugeordneten zweiten Vorrichtung über den ersten Energiespeicher. Die an einen Pol, insbesondere dem Pluspol, des zweiten Energiespeichers anliegende Spannung wird lediglich zu Messzwecken der zweiten Vorrichtung zugeführt. Da nunmehr eine interne Verbindung von zweitem und drittem Anschluss der zweiten Vorrichtung nicht mehr erforderlich ist, ist das hier vorgesehene Schaltelement dauerhaft geöffnet.
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Um Ausgleichsströme zwischen den beiden Energiespeichern über das Schaltelement zu vermeiden, kann ein zusätzlicher Widerstand zwischen dem dritten Anschluss der Vorrichtung und einem Knoten zwischen dem Schaltelement und dem Messanschluss der Verarbeitungseinheit oder in Serienschaltung zu dem Schaltelement, wobei die Serienschaltung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluss verschaltet ist, vorgesehen sein. Ausgleichsströme können z. B. dann auftreten, wenn das Schaltelement falsch betätigt wird. Durch das Vorsehen des Widerstands kann eine Zerstörung der Vorrichtung verhindert werden. Der sich durch den Widerstand ergebende Genauigkeitsverlust bei der Messung ist wegen der sehr kleinen Messströme nur gering und kann zusätzlich per Kalibrierung eliminiert werden.
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Insbesondere sind die Kommunikationsleitungen Leitungen eines Bussystems, insbesondere gemäß der Spezifikation LIN (Local Interconnect Network), das nun mit einem einzigen Spannungspegel arbeiten kann.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn zur Überprüfung, ob die erste oder zweite Vorrichtung mit einem ersten oder einem zweiten Energiespeicher verbunden ist, eine Messung der an den jeweiligen dritten Anschluss der Verarbeitungseinheit (Spannungsmesseingang der Verarbeitungseinheit) der ersten und zweiten Vorrichtung anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer vorgesehenen Schaltstellung des Schaltelements vorgenommen wird.
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Die Umschaltung, in welcher Weise ein Energiespeicher an eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Anordnung der oben beschriebenen Art angeschlossen ist, geschieht selbsttätig. Es sind somit keine Hardware- oder Softwarevarianten der als Batteriesensor ausgebildeten Vorrichtung notwendig. In einem herkömmlichen Kraftfahrzeugbordnetz erhöht sich der Aufwand der Verkabelung gegenüber bisher verwendeten Batteriesensoren nicht. In Bordnetzen mit mehreren Energiespeichern wird lediglich eine zusätzliche Leitung zur Versorgung der Vorrichtung des zusätzlichen Energiespeichers benötigt. Dennoch ist der Aufwand minimal im Vergleich zu unterschiedlichen Varianten an Vorrichtungen oder sogar mehreren, notwendigen übergeordneten Steuergeräten.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines Energiespeichers,
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2 eine erfindungsgemäße Anordnung für ein Fahrzeug zur Überwachung zweier Energiespeicher,
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3 den schematischen Ablauf einer durch jede Vorrichtung vorgenommenen Überprüfung, in welcher Weise diese in der Anordnung verschaltet ist, und
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4 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines Energiespeichers.
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Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes eines nachfolgend als Batterie bezeichneten Energiespeichers 100 ist als intelligenter Batteriesensor ausgebildet und mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet. Wie die eingangs beschriebene und aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ist der intelligente Batteriesensor 110 auf einem Minuspol 102 der Batterie 100 montiert. Lediglich zur Vereinfachung der Darstellung ist in 1 der Widerstand zur Messung des Stromes, der über einen nicht dargestellten Batteriesensor-Anschluss mit dem Minuspol 102 der Batterie 100 und einen weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Anschluss mit dem Bezugspotential 103 (Karosserie) gekoppelt ist, nicht dargestellt. Ebenso sind weitere Elemente zur Ermittlung einer Spannung und Temperatur der Batterie nicht dargestellt. Ein Pluspol 101 der Batterie 100 ist über eine Versorgungsleitung 6 mit einem Versorgungspotentialanschluss 5 eines übergeordneten Steuergeräts 2 und einem Anschluss 112 des intelligenten Batteriesensors 110 verbunden. An dem Versorgungspotentialanschluss 5 liegt eine Versorgungsspannung VDD an, die an dem Anschluss 112 des Batteriesensors 110 als Ubat bezeichnet ist. Der Anschluss 112, an dem somit die Batteriespannung (Ubat) der Batterie 100 anliegt, ist intern mit einem Anschluss 122 zur Versorgung eines Controllers 120 verbunden.
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Eine Kommunikation zwischen dem intelligenten Batteriesensor 110 und dem übergeordneten Steuergerät 2 erfolgt über eine Kommunikationsleitung 3. Die Kommunikationsleitung 3 ist zwischen einem Anschluss 4 des Steuergeräts 2 und einem Anschluss 111 des Batteriesensors 110 verschaltet. Intern besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Anschluss 111 und einem Anschluss 121 des Controllers 120, welcher die eigentliche Kommunikation mit dem Steuergerät 2 übernimmt.
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Der Batteriesensor 110 umfasst darüber hinaus einen weiteren Anschluss 113, welcher mit einem Pol, insbesondere dem Pluspol, des zu überwachenden Energiespeichers zu Messzwecken koppelbar ist. Die an dem Anschluss 113 anliegende Spannung ist als Ubat_mess bezeichnet. Der Anschluss 113 ist mit einem Anschluss 123 des Controllers 120 verbunden.
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Weiter ist in dem Batteriesensor 110 ein Schaltelement 130, insbesondere ein steuerbares Schaltelement (z. B. ein MOSFET) vorgesehen. Das Schaltelement 130 ist zwischen den Anschlüssen 112, 113 verschaltet. Die Steuerung des Schaltelements 130 erfolgt durch den Controller 120, der zu diesem Zweck über einen Anschluss 129 zu dessen Ansteuerung verfügt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst die Anordnung lediglich einen einzigen Energiespeicher 100 zur Versorgung eines nicht näher dargestellten Bordnetzes eines Fahrzeugs. Aufgrund dessen kann die aus dem Stand der Technik bekannte Verschaltung realisiert werden, bei der die an dem zur Versorgung des Batteriesensors 110 anliegende Spannung Ubat nicht nur dem Versorgungspotentialanschluss 122 des Controllers, sondern intern auch dem Messanschluss 123 zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird zu Messzwecken das Schaltelement 130 derart durch den Controller 120 angesteuert, dass dieses, solange die Messung durchgeführt wird, geschlossen ist. Aus Gründen der Energieeffizienz ist es zweckmäßig, das Schaltelement zu den Zeitpunkten, zu denen keine Messung vorgenommen wird, geöffnet zu halten. Der Anschluss 113 des Batteriesensors kann somit bei einer Anordnung mit lediglich einer einzigen Batterie 100 unbeschaltet bleiben.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine Anordnung zur Überwachung zweier Batterien 100, 200 vorgesehen ist. Sowohl die in 1 als auch die in 2 gezeigten Anordnungen werden insbesondere in Fahrzeugen, die eine Brennkraftmaschine und/oder zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisen, eingesetzt. Die Batterie 100 dient dabei zur Versorgung eines Bordnetzes des Fahrzeugs. Die Batterie 200 versorgt Komponenten, die nicht an das Bordnetz angeschlossen sind, beispielsweise einen Startermotor eines Fahrzeugs mit hybrider Antriebstechnik.
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In der Anordnung gemäß 2 ist jeder der Batterien 100, 200 ein jeweiliger Batteriesensor 110, 210 zugeordnet. Die Verschaltung des Batteriesensors 110 mit der zu überwachenden Batterie 100 entspricht der in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsvariante. Im Gegensatz zu 1 ist die tatsächliche elektrische Verschaltung des Batteriesensors mit der Batterie 100 dargestellt. Mit anderen Worten, die Messwiderstände 106, sowie der aus den Widerständen 124, 125 bestehende Spannungsteiler samt AD-Wandler 126 zur Erfassung von Strom bzw. Spannung der Batterie 100 sind dargestellt.
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Der die Batterie 200 überwachende Batteriesensor 210 ist in identischer Weise ausgebildet wie der Batteriesensor 110. Eine Versorgung des Batteriesensors 210 und dessen Controllers 220 erfolgt jedoch nicht aus der zu überwachenden Batterie 200, sondern aus der Batterie 100. Zu diesem Zweck ist der Pluspol 101 der Batterie 100 über die Leitung 8 mit dem Anschluss 212 zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (Ubat) verbunden. Zur Überwachung der Batterie 200 ist demgegenüber der Pluspol 201 der Batterie 200 mit dem Anschluss 213 verbunden. Die an diesem Messanschluss 213 anliegende Spannung Ubat_mess wird dem Anschluss 223 des Controllers 220 zur Ermittlung der Batteriespannung zugeführt. Das Schaltelement 230, das zwischen den Anschlüssen 212, 213 verschaltet ist, bleibt beim Batteriesensor 210 dauerhaft geöffnet. Eine Kommunikation des Batteriesensors 210 mit dem übergeordneten Steuergerät 2 erfolgt über den Anschluss 211, der über eine Leitung 7 an die Kommunikationsleitung 3 angebunden ist.
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Die übrige Verschaltung des Batteriesensors 210 entspricht der Verschaltung des Batteriesensors 100, wobei die erste Ziffer des jeweiligen Bezugszeichens eine 2 anstelle einer 1 trägt.
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Die Kommunikation zwischen den Batteriesensoren 110, 210 und dem übergeordneten Steuergerät 2 basiert auf einem Bussystem (Leitungen 3 und 7), insbesondere gemäß der Spezifikation LIN (Local Interconnect Network). Dadurch, dass die Batteriesensoren 110, 210 durch den gleichen Energiespeicher, hier 100, versorgt werden, ist eine reibungslose Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten sichergestellt.
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Unabhängig davon, ob eine oder zwei Batterien in einem Fahrzeug vorgesehen sind, welche mit einem Batteriesensor überwacht werden, kann immer ein identischer Batteriesensor zu deren Überwachung eingesetzt werden. Dabei erfolgt eine selbsttätige Konfiguration der jeweiligen Batteriesensoren. Das hierbei durch jeden Batteriesensor durchgeführte Vorgehen ist in 3 dargestellt. Zunächst wird in einem Schritt S1 eine Messung der Spannung bei offenem Schalter 130, 230 vorgenommen. In Schritt S2 wird überprüft, ob die gemessene Spannung am Anschluss 113, 213 bzw. 123, 223 größer als eine Schwelle ist. Die Schwelle ist sinnvoller Weise ein Wert nahe null Volt, z. B. 0,5 oder 1 V. Ist dies nicht der Fall („Nein”), so liegt kein Signal an den Anschlüssen 113, 213 an, und es kann davon ausgegangen werden, dass diese nicht beschaltet sind. In Schritt S4 wird daher darauf entschieden, den Batteriesensor derart zu betreiben, dass dieser in einer herkömmlichen Weise, wie in 1 dargestellt bzw. in 2 als Batteriesensor 110 ausgebildet, konfiguriert werden soll. Dies hat zur Folge, dass die für die Kommunikation verwendete Spannung U_LIN der Spannung U_bat entspricht.
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Ergibt die Überprüfung in Schritt S2, dass die Messung der Spannung bei offenem Schalter 130, 230 an dem Messeingang 113, 213 größer als die Schwelle ist („Ja”), so bedeutet dies, dass ein Signal an diesem Eingang 113, 114 vorhanden ist (Schritt S5). Hieraus kann geschlossen werden, dass der Batteriesensor, wie er als Batteriesensor 210 verschaltet ist, eingesetzt werden soll. Die für die Kommunikation eingesetzte Spannung entspricht dabei der Spannung der von dem anderen Batteriesensor überwachten Batterie. D. h., die Kommunikationsschnittstelle ist auf den Spannungspegel der Batterie 100 bezogen.
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Die Überprüfung, in welcher Weise der Batteriesensor konfiguriert wird, d. h. in welcher Weise das jeweilige Schaltelement angesteuert wird, wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Anschluss des Batteriesensors an den zugeordneten Energiespeicher durchgeführt.
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Hat der Batteriesensor ermittelt, auf welche Weise das Schaltelement angesteuert werden soll, so kann auch eine eventuell notwendige Anpassung des Algorithmus zur Auswertung der durchgeführten Messungen durchgeführt werden. Außerdem kann es zweckmäßig sein, eine Umkonfiguration der Kommunikationsschnittstelle (z. B. eine alternative Adress-Liste) vorzunehmen, um einen Adressenkonflikt in dem Bussystem zu meiden.
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Der Batteriesensor kann sowohl in einem konventionellen Fahrzeugbordnetz mit lediglich einer einzigen Batterie als auch in Bordnetzen mit mehreren Batterien betrieben werden. Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einer Batterie die Rede ist, so sind hierunter Niedervoltbatterien zu verstehen, bei denen die Spannung kleiner oder gleich 60 V ist. Auch bei mehreren Batterien erfolgt die Kommunikation auf demselben Pegel, auf dem das übergeordnete Steuergerät liegt. Die Umschaltung, auf welche Weise eine Messung durchzuführen ist bzw. auf welche Weise das Schaltelement zu betreiben ist, geschieht selbsttätig. Dies bedeutet, es sind keine Hardware- oder Softwarevarianten des Batteriesensors notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- übergeordnetes Steuergerät
- 3
- Kommunikationsleitung (z. B. LIN)
- 4
- Kommunikationsanschluss des Steuergeräts
- 5
- Versorgungspotentialanschluss des Steuergeräts
- 6
- Versorgungsleitung
- 7
- Kommunikationsleitung
- 8
- Versorgungsleitung
- 100
- erster Energiespeicher
- 101
- Pluspol des ersten Energiespeichers
- 102
- Minuspol des ersten Energiespeichers
- 103
- Bezugspotential (Karosserie)
- 104
- vierter Anschluss des Batteriesensors 100
- 105
- fünfter Anschluss des Batteriesensors 100
- 106
- Messwiderstand
- 110
- Batteriesensor (Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes des Energiespeichers 100)
- 111
- erster Anschluss des Batteriesensors (Kommunikation) 100
- 112
- zweiter Anschluss des Batteriesensors (Versorgung) 100
- 113
- dritter Anschluss des Batteriesensors 100
- 120
- Verarbeitungseinheit (Controller)
- 121
- erster Anschluss des Controllers (Kommunikationsanschluss) 110
- 122
- zweiter Anschluss des Controllers (Versorgung) 110
- 123
- dritter Anschluss des Controllers (Spannungsmesseingang) 110
- 124
- Widerstand
- 125
- Widerstand
- 126
- AD-Wandler
- 127
- vierter Anschluss des Controllers (erster Strommesseingang) 110
- 128
- fünfter Anschluss des Controllers (zweiter Strommesseingang) 110
- 129
- sechster Anschluss des Controllers (Digitaler Ausgang) 110
- 130
- Schaltelement
- 200
- zweiter Energiespeicher
- 201
- Pluspol des zweiten Energiespeichers
- 202
- Minuspol des zweiten Energiespeichers
- 203
- Bezugspotential (Karosserie)
- 204
- vierter Anschluss des Batteriesensors 200
- 205
- fünfter Anschluss des Batteriesensors 200
- 206
- Messwiderstand
- 210
- Batteriesensor (Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes des Energiespeichers 200)
- 211
- erster Anschluss des Batteriesensors (Kommunikation) 200
- 212
- zweiter Anschluss des Batteriesensors (Versorgung) 200
- 213
- dritter Anschluss des Batteriesensors 200
- 220
- Verarbeitungseinheit (Controller)
- 221
- erster Anschluss des Controllers (Kommunikationsanschluss) 210
- 222
- zweiter Anschluss des Controllers (Versorgung) 210
- 223
- dritter Anschluss des Controllers (Spannungsmesseingang) 210
- 224
- Widerstand
- 225
- Widerstand
- 226
- AD-Wandler
- 227
- vierter Anschluss des Controllers (erster Spannungsmesseingang) 210
- 228
- fünfter Anschluss des Controllers (zweiter Spannungsmesseingang) 210
- 229
- sechster Anschluss des Controllers (Digitaler Ausgang) 210
- 230
- Schaltelement
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- Verfahrensschritt
- S6
- Verfahrensschritt
