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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementverfahren, ein Batteriesystem, welches geeignet ist, das Batteriemanagementverfahren auszuführen, und ein Kraftfahrzeug, in dem das Batteriesystem integriert ist.
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Stand der Technik
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Batteriemanagementverfahren in Batteriesystemen sind bekannt. Typische Batteriemanagementverfahren sollen eine sichere und zuverlässige Funktion der zu Batteriemodulen angeordneten Batteriezellen gewährleisten. Batteriemanagementverfahren überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und andere Größen.
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Übliche Batteriesysteme umfassen eine Vielzahl von Steuergeräten, auf denen individuelle Softwarefunktionalitäten laufen. Abhängig von der Anzahl der Zellen, Anzahl der Sensoren und der Verteilung der Batteriemodule in einem Kraftfahrzeug ergibt sich eine Steuergeräte-Topologie mit einem Hauptsteuergerät, der Batteriekontrolleinheit und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten für eine Erfassung von Messdaten direkt an den einzelnen Batteriemodulen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten über ein Bussystem ausgetauscht.
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Um mittels des Bussystems Daten zwischen den Sensorsteuergeräten und der Batteriekontrolleinheit als Hauptsteuergerät auszutauschen, müssen die Daten eindeutig einem Sensorsteuergerät zugewiesen werden können. Hierzu ist in den Sensorsteuergeräten jeweils ein Identifikator hinterlegt, mittels dessen sich die Position jedes einzelnen Sensorsteuergeräts im Batteriesystem eindeutig bestimmen lässt.
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Bei fest in den Sensorsteuergeräten gespeicherten Identifikatoren müssen die Identifikatoren bereits während der Fertigung der Sensorsteuergeräte gespeichert werden. Da jedes Sensorsteuergerät einen individuellen Identifikator benötigt, ist ein erhöhter Fertigungsaufwand notwendig. Beim Einbau der Sensorsteuergeräte müssen die Position jedes Sensorsteuergeräts und der dazugehörige Identifikator in der Batteriekontrolleinheit gespeichert werden. Ebenso muss eine Umprogrammierung stattfinden, wenn ein Sensorsteuergerät gegen eines mit einem anderen Identifikator ausgetauscht wird. Damit geht ein relativ großer Aufwand bei der Vergabe und Verwaltung der Identifikatoren einher. Es besteht die Gefahr, dass Inkonsistenzen bei den gespeicherten Identifikatoren in Batteriekontrolleinheit und Sensorsteuergerät auftreten.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Batteriemanagementverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Batteriesystem mit mehreren Sensorsteuergeräten, die jeweils zumindest eine Batteriezelle überwachen, von einer Batteriekontrolleinheit gesteuert wird. Den Sensorsteuergeräten werden bei jedem Einschalten des Batteriesystems Identifikatoren von der Batteriekontrolleinheit zugewiesen oder bestätigt.
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Damit ist vorteilhaft ein verbessertes Batteriemanagementverfahren bereitgestellt, welches die oben beschriebenen Nachteile beseitigt. Bei jedem Systemstart wird jeweils der eindeutige Identifikator an die Sensorsteuergeräte vergeben oder bestätigt, falls diese schon den richtigen Identifikator aufweisen.
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So können vorteilhaft baugleiche Sensorsteuergeräte hergestellt und verbaut werden, unabhängig von der Einbauposition. Die Identifikatoren werden beim Betriebsstart des Batteriesystems festgelegt. Es entsteht kein Aufwand mit der Verwaltung von Sensorsteuergeräten mit verschiedenen Identifikatoren.
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Durch die Vergabe der Identifikatoren beim Systemstart können vorteilhaft Identifikatoren verwendet werden, die lediglich innerhalb des Batteriesystems eine Eindeutigkeit besitzen. Eine globale Eindeutigkeit ist nicht notwendig.
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Auch ein Austausch der Sensorsteuergeräte kann durch das erfindungsgemäße Batteriemanagementverfahren vorteilhaft mit geringerem Aufwand durchgeführt werden, da keine Umprogrammierung der Batteriekontrolleinheit mehr stattfinden muss. Beim Austausch eines Sensorsteuergeräts wird diesem bei einem Neustart des Batteriesystems ein neuer korrekter eindeutiger Identifikator zugewiesen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementverfahrens ist vorgesehen, dass die Sensorsteuergeräte in der Weise nacheinander eingeschaltet werden, dass erst dem eingeschalteten Sensorsteuergerät ein Identifikator zugewiesen oder bestätigt wird und anschließend das nächste Sensorsteuergerät eingeschaltet wird.
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Vorteilhaft lässt sich so eine Zuordnung oder Bestätigung der Identifikatoren einfacher durchführen, da immer nur jeweils ein Sensorsteuergerät von der Zuweisung oder Bestätigung betroffen ist.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementverfahrens ist vorgesehen, dass das erste Sensorsteuergerät von der Batteriekontrolleinheit eingeschaltet wird und jedes Sensorsteuergerät das darauffolgende Sensorsteuergerät einschaltet.
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Vorteilhaft können die Sensorsteuergeräte somit auf einfache Art nacheinander eingeschaltet werden.
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Zudem wird ein Batteriesystem mit mehreren zumindest eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen, denen jeweils ein Sensorsteuergerät zugeordnet ist, und einer Batteriekontrolleinheit bereitgestellt. Dabei sind die Sensorsteuergeräte und die Batteriekontrolleinheit mittels eines Bussystems verbunden. Das Batteriesystem ist derart ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementverfahren durchzuführen. Bevorzugt sind die Batteriezellen des Batteriesystems Lithium-Ionen-Batteriezellen.
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Vorteilhaft kann so das erfindungsgemäße Batteriemanagementverfahren angewendet werden. Entsprechend den Vorteilen des erfindungsgemäßen Batteriemanagementverfahrens profitiert auch das Batteriesystem.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass die Sensorsteuergeräte umschreibbare Speicher aufweisen.
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Bereits verwendete Sensorsteuergeräte können somit vorteilhaft auch noch an anderen Positionen zum Einsatz kommen. Wartungsarbeiten sind dadurch leichter auszuführen.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass das erste Sensorsteuergerät mit der Batteriekontrolleinheit und die jeweils benachbarten Sensorsteuergeräte mittels separater Signalleitungen miteinander verbunden sind.
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Die einzelnen Signalleitungen, die nun jeweils nur zum benachbarten Sensorsteuergerät reichen, nehmen vorteilhaft weniger Platz in Anspruch und sind in der Summe kürzer als eine zentrale Lösung, bei der jedes Sensorsteuergerät eine Signalleitung zu einer zentralen Einheit aufweist.
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Das erfindungsgemäße Batteriesystem ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug integriert, wobei das Batteriesystem mit einem Antrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, und
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2 ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementverfahren.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 10 gezeigt. Das Batteriesystem 10 weist mehrere Batteriemodule auf, denen jeweils zumindest eine Batteriezelle 15 zugeordnet ist. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Batteriekontrolleinheit 12 und bevorzugt je Batteriemodul ein Sensorsteuergerät 13.
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Das abgebildete Batteriesystem 10 weist eine Anzahl von 1 bis n Sensorsteuergeräten 13 auf. In jedem Sensorsteuergerät 13 sind bevorzugt ein Hauptprozessor 14 und ein Speicher 18 angeordnet. Über die Hauptprozessoren 14 laufen die Prozesse der Sensorsteuergeräte 13. In den Speichern 18 ist ein Identifikator für die jeweiligen Sensorsteuergeräte 13 hinterlegbar. Die Speicher 18 sind erfindungsgemäß umschreibbar, also nacheinander mit unterschiedlichen Werten belegbar.
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Die Sensorsteuergeräte 13 und die Batteriekontrolleinheit 12 sind zur Kommunikation miteinander über ein Bussystem 16, beispielsweise über einen CAN-Bus, verbunden. Bevorzugt ist das Bussystem 16 dabei seriell ausgebildet. Das erfindungsgemäße Batteriesystem 10 weist zudem Signalleitungen 17 auf. Diese Signalleitungen 17 verbinden jeweils ein Sensorsteuergerät 13 n mit einem davor angeordneten Sensorsteuergerät 13 n-1. Ein erstes Sensorsteuergerät 13 1 ist mittels der Signalleitung 17 mit der Batteriekontrolleinheit 12 verbunden. Mit den Signalleitungen 17 sind die jeweiligen Sensorsteuergeräte 13 einschaltbar.
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Die 2 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementverfahrens 11, wie es vom erfindungsgemäßen Batteriesystem 10 gemäß 1 durchgeführt wird. Nach dem Start 50 wird zuerst die Batteriekontrolleinheit 12 eingeschaltet 51 (Batteriekontrolleinheit ein). Das Einschalten 51 der Batteriekontrolleinheit 12 wird beispielsweise von außen initiiert.
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In einem nächsten Schritt wird einem Zähler der Wert „1“ zugewiesen 52 (n = 1). Die Batteriekontrolleinheit 12 schaltet dann über die Signalleitung 17 das erste Sensorsteuergerät 13 1 ein 53 (Sensorsteuergerätn ein). Das erste Sensorsteuergerät 13 1 befindet sich auf der Position „1“. Die Position des ersten Sensorsteuergeräts 13 1 entspricht somit dem aktuellen Wert des Zählers.
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Nachdem das erste Sensorsteuergerät 13 1 eingeschaltet 53 wurde, findet eine Identifikatorüberprüfung 54 (ID = n?) statt. Entspricht der Identifikator nicht dem für die Position vorgesehenen Identifikator, wird in einem nächsten Schritt 55 ein vorgesehener Identifikator an das erste Sensorsteuergerät 13 1 vergeben (ID=n), beispielsweise der Wert des Zählers, also „1“. Anschließend wird der Wert des Zählers inkrementiert 57 (n = n + 1) und das erste Sensorsteuergerät 13 1 schaltet über die Signalleitung 17 das auf der nächsten Position befindliche, also das zweite Sensorsteuergerät 13 2 ein 53. Die Position des zweiten Sensorsteuergeräts 13 2 entspricht dem aktuellen Wert des Zählers. Anschließend wird der Identifikator des zweiten Sensorsteuergeräts 13 2 überprüft 54 und gegebenenfalls neu zugewiesen.
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Der Vorgang wiederholt sich mit einem um 1 erhöhenden Zähler, so lange bis eine Überprüfung 56 (n = nmax?) ergibt, dass der Zähler seinen vordefinierten und in der Batteriekontrolleinheit 12 hinterlegten maximalen Wert erreicht hat. Dann endet 58 das erfindungsgemäße Batteriemanagementverfahren 11.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für verschiedene Szenarien anwendbar. Beispielsweise bei einem erstmaligen Hochfahren des Batteriesystems 10 nach dessen Montage:
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Die Batteriekontrolleinheit 12 wird von außen eingeschaltet 51. Per Signalleitung 17 initiiert die Batteriekontrolleinheit 12 das Einschalten 53 des ersten Sensorsteuergeräts 13 1. Dieses meldet sein Einschalten per Bussystem 16 der Batteriekontrolleinheit 12 und teilt mit, dass noch kein Identifikator im Speicher 18 gespeichert ist. Dieser Wert entspricht in der Identifikatorüberprüfung 54 nicht dem für dieses Sensorsteuergerät 13 1 vorgesehenen Wert. Die Batteriekontrolleinheit 12 weist dem eingeschalteten Sensorsteuergerät 13 1 per Bussystem 16 den Identifikator „1“ zu 55. Das Sensorsteuergerät 13 1 speichert den Identifikator „1“. Anschließend schaltet das erste Sensorsteuergerät 13 1 das zweite Sensorsteuergerät 13 2 per Signalleitung 17 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorsteuergerät 13 1und2 ein 53. Das zweite Sensorsteuergerät 13 2 meldet sein Einschalten der Batteriekontrolleinheit 12 per Bussystem 16 und teilt mit, dass es noch keinen Identifikator gespeichert hat. Dieser Wert entspricht in der Identifikatorüberprüfung 54 nicht dem für dieses Sensorsteuergerät 13 2 vorgesehenen Wert. Die Batteriekontrolleinheit 12 weist per Bussystem 16 dem neu eingeschalteten Sensorsteuergerät 13 2 den Identifikator „2“ zu 55. Das bereits eingeschaltete erste Sensorsteuergerät 13 1 ignoriert diese Nachricht. Das zweite Sensorsteuergerät 13 2 speichert den Identifikator „2“. Anschließend wird vom zweiten Sensorsteuergerät 13 2 das dritte Sensorsteuergerät 13 3 eingeschaltet und eine Identifikatorzuweisung 55 findet bei diesem statt. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das letzte Sensorsteuergerät 13 n einen Identifikator zugewiesen 55 bekommen hat.
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In einem zweiten Szenario wird das Batteriesystem 10 eingeschaltet, nachdem es schon mindestens einmal eingeschaltet war:
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Die Batteriekontrolleinheit 12 wird von außen eingeschaltet 51. Per Signalleitung 17 initiiert die Batteriekontrolleinheit 12 das Einschalten 53 des ersten Sensorsteuergeräts 13 1. Dieses meldet sein Einschalten per Bussystem 16 der Batteriekontrolleinheit 12 und teilt mit, dass es den Identifikator „1“ gespeichert hat. Der Wert entspricht in der Identifikatorüberprüfung 54 dem für dieses Sensorsteuergerät 13 1 vorgesehenen Wert. Die Batteriekontrolleinheit 12 bestätigt den Wert per Bussystem 16. Anschließend schaltet das erste Sensorsteuergerät 13 1 das zweite Sensorsteuergerät 13 2 per Signalleitung 17 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorsteuergerät 13 1und2 ein 53. Das zweite Sensorsteuergerät 13 2 meldet sein Einschalten der Batteriekontrolleinheit 12 per Bussystem 16 und teilt mit, dass es den Identifikator „2“ gespeichert hat. Die Batteriekontrolleinheit 12 bestätigt per Bussystem 16 den Identifikator „2“. Anschließend wird vom zweiten Sensorsteuergerät 13 2 das dritte Sensorsteuergerät 13 3 eingeschaltet und der Ablauf wird bis zum letzten Sensorsteuergerät 13 n fortgesetzt.
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In einem dritten Szenario wird das Batteriesystem 10 eingeschaltet, nachdem es schon mindestens einmal eingeschaltet war, und zusätzlich wurde ein Sensorsteuergerät 13 beispielsweise das Zweite ausgetauscht und weist für seine Position einen falschen Identifikator, beispielsweise „1“, auf:
Die Batteriekontrolleinheit 12 wird von außen eingeschaltet 51. Per Signalleitung 17 initiiert die Batteriekontrolleinheit 12 das Einschalten 53 des ersten Sensorsteuergeräts 13 1. Dieses meldet sein Einschalten per Bussystem 16 der Batteriekontrolleinheit 12 und teilt mit, dass es den Identifikator „1“ gespeichert hat. Der Wert entspricht in der Identifikatorüberprüfung 54 dem für dieses Sensorsteuergerät 13 1 vorgesehenen Wert. Die Batteriekontrolleinheit 12 bestätigt den Wert per Bussystem 16. Anschließend schaltet das erste Sensorsteuergerät 13 1 das zweite Sensorsteuergerät 13 2 per Signalleitung 17 zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorsteuergerät 13 1und2 ein 53. Das zweite Sensorsteuergerät 13 2 meldet sein Einschalten der Batteriekontrolleinheit 12 per Bussystem 16 und teilt mit, dass es den Identifikator „1“ gespeichert hat. Der Wert „1“ entspricht in der Identifikatorüberprüfung 54 nicht dem für dieses Sensorsteuergerät 13 2 vorgesehenen Wert. Die Batteriekontrolleinheit 12 weist per Bussystem 16 dem neu eingeschalteten Sensorsteuergerät 13 2 den Identifikator „2“ zu. Das bereits eingeschaltete erste Sensorsteuergerät 13 1 ignoriert diese Nachricht. Das zweite Sensorsteuergerät 13 2 speichert den Identifikator „2“. Anschließend wird vom zweiten Sensorsteuergerät 13 2 das dritte Sensorsteuergerät 13 3 eingeschaltet und eine Identifikatorüberprüfung 54 und gegebenenfalls-berichtigung findet bei diesem statt. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das letzte Sensorsteuergerät 13 n einen Identifikator zugewiesen bekommen hat.
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Anstelle eines falschen Identifikators kann in einem ausgetauschten Sensorsteuergerät 13 auch kein Wert für den Identifikator hinterlegt sein, beispielsweise wenn ein fabrikneues Sensorsteuergerät 13 zum Austausch verbaut wurde. Auch in diesem Fall findet eine Zuweisung 55 des korrekten Identifikators statt, wenn das entsprechende Sensorsteuergerät 13 an der Reihe ist.
