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Stand der Technik
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DE 103 33 989 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur digitalen Datenübertragung von einem Sensor zu einem Steuergerät. Es werden Sensorwerte eines Sensors für die Datenübertragung mit verschiedenen Auflösungen aufgeteilt. Die Sensorwerte bilden einen ersten Wertebereich mit aufeinanderfolgenden Sensorwerten, wobei die Aufteilung des ersten Wertebereiches für die Datenübertragung in Abhängigkeit von einer für das Steuergerät relevanten Größe erfolgt. Die Größe ist ein zweiter Wertebereich von Schwellwerten eines Auslösealgorithmus für Rückhaltemittel, wobei die Sensorwerte im zweiten Wertebereich mit einer höheren Auflösung vom Sensor zum Steuergerät übertragen werden. Der zweite Wertebereich wird insbesondere aus der unteren Hälfte des ersten Wertebereiches ausgewählt.
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DE 10 2004 001 293 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Datenübertragung mit reduzierter Datenmenge. Es wird ein Verfahren zum Senden von Multimediadaten, die in Zeitblöcken übertragen werden, vorgeschlagen, wobei zunächst eine Auswahl mindestens eines ersten Zeitblockes als Grundlage für eine Extrapolation erfolgt. Anschließend erfolgt die Auswahl mindestens eines zweiten Zeitblocks von zu schätzenden Daten, daran schließt sich das Senden der Daten des mindestens einen ersten Zeitblocks sowie das Senden von Stellvertreterdaten für die Extrapolation, die in der Datenmenge gegenüber den zu schätzenden Daten reduziert sind, während mindestens des zweiten Zeitblockes an. Ebenso geht aus
DE 10 2004 001 293 A1 ein Verfahren zum Empfangen von Multimediadaten, die in Zeitblöcken übertragen werden, hervor, wobei zunächst das Empfangen von Daten in mindestens einem ersten Zeitblock sowie das Empfangen von Stellvertreterdaten in mindestens einem zweiten Zeitblock erfolgt. Daran schließt sich das Extrapolieren der Daten des mindestens einen zweiten Zeitblockes auf der Grundlage der Daten des mindestens einen ersten Zeitblocks und der Stellvertreterdaten an.
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Elektronische Steuergräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, man denke nur an Motorsteuergeräte, ABS, Airbagauslösesysteme, ESP und dergleichen mehr. Für Fahrzeuge, die mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet sind, ist die Entwicklung eines Batteriepacks mit einem zugehörigen Batteriemanagementsystem erforderlich. Ein Batteriemanagementsystem umfasst in der Regel Steuergeräte mit Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität. Abhängig von Kundenanforderungen oder vorhandenen Bauräumen sind die Topologien von Batteriepacks bezogen auf die Anzahl von Zellen, Modulen, Sensoren usw. sehr vielfältig. Typische Batteriemanagementsysteme gewährleisten eine sichere und zuverlässige Funktion der Zellen und Packs. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und andere Größen für die Zellen und den ganzen Batteriepack. Mithilfe dieser Größen lassen sich die Managementfunktionen, die durch das Batteriemanagementsystem zu gewährleisten sind, realisieren, so dass die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Batteriesystems gesteigert werden können.
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Batteriemanagementsysteme umfassen in der Regel eine Vielzahl von Steuergeräten, auf denen individuelle Softwarefunktionalitäten ablaufen. Abhängig von der Anzahl der Zellen, der Anzahl der Sensoren und der Verteilung der Batteriemodule auf verschiedene Bauräume im Automobil, ergibt sich eine Steuergerätetopologie mit einem Hauptsteuergerät und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten für die Erfassung der Messdaten direkt an den einzelnen Batteriemodulen. Zu den Messdaten sind beispielsweise die Spannungen, Temperaturen, Ströme und dergleichen mehr der einzelnen Batteriemodule zu zählen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten in der Regel über einen Kommunikationsbus, zum Beispiel einen CAN-Bus ausgetauscht.
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Durch die Verwendung eines Kommunikationsbusses mit einer definierten Bandbreite ist das gesamte Datenaufkommen, das in einer bestimmten Zeitspanne auf den Bus transportiert werden kann, begrenzt. Eine geringe maximale Bandbreite des Kommunikationsbusses verringert die Wahrscheinlichkeit von Störungen, beispielsweise durch EMV-Einstrahlung. Durch Verwendung einer hohen Anzahl an Batteriemodulen und zugehörigen Sensorsteuergeräten müssen jedoch alle Messdaten hochfrequent auf dem Bus zum Hauptsteuergerät kommuniziert werden. Die Messfrequenz wird somit durch die Bandbreite des Kommunikationsbusses und die Anzahl der Batteriemodule beschränkt.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches sich ein charakteristisches Verhalten von Sensordaten zunutze macht. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann mit verlustfreier Kompression der Datenübertragung eine maximale Anzahl der Sensorsteuergeräte bei gleichbleibender Bahnbreite des Datenbusses erhöht werden und es können mehr Batteriemodule störungsfrei auf dem Datenbus kommunizieren. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren macht sich charakteristische Verläufe von Sensordaten zunutze. So steigt beispielsweise die Temperatur eines Batteriemoduls im laufenden Betrieb allmählich an und pendelt sich bei einem bestimmten Temperaturwert ein. Auch kann für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ausgenutzt werden, dass die Spannung, welche in einzelnen Batteriezellen eines Batteriemoduls herrscht, während des Entladens in der Regel sinkt und beim Laden der Batterie ansteigt.
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Die beiden beispielhaft genannten charakteristischen Verläufe können zur verlustfreien Kompression von Messdaten verwendet werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren überträgt die Daten vom Sensorsteuergerät zum Hauptsteuergerät unter Durchführung der nachfolgend genannten Verfahrensschritte:
- – Übertragung einer Änderungsrate oder Steigung der Messdaten zu Beginn der Messungen,
- – Übertragung während eines jeden Messzyklus der Abweichung der Messdaten von einer angenommenen Steigung,
- – Rekonstruktion der korrekten Messwerte aus der Änderungsrate und der empfangenen Abweichung durch das Hauptsteuergerät ohne Informationsverlust,
- – Übermittlung eines neuen Steigungswertes, falls sich die Steigung um einen definierten Wert ändert, und Extrapolation der Messdaten.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren der Übertragung der Abweichungen der Messwerte, wird ein fahrzeuginterner Kommunikationsbus, beispielsweise der in der Regel eingesetzte CAN-Bus, mit weniger Buslast belegt, da diese Werte, d.h. die Abweichungen der Messwerte, einen geringeren Bedarf an Bandbreite in Anspruch nehmen, verglichen mit den jeweils vollständigen Messwerten.
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Um eine Kompression der Daten zu bewerkstelligen, wird die Datenübertragung der Messwerte in zwei Teile aufgeteilt: Der erste Teil ist durch die Übertragung der jeweiligen Steigung der Messwerte gegeben. Der zweite Teil liegt darin, mittels des letzten Messwertes und der Information über die Steigung zukünftige Messwerte zu extrapolieren. Es erfolgt die Übertragung der Abweichung des tatsächlichen Messwertes von dem extrapolierten Wert. Da der Wertebereich der Abweichungen wesentlich geringer ist als der Wertebereich der tatsächlichen Messwerte, kann Bandbreite, ohne Genauigkeitsverlust in Kauf nehmen zu müssen, eingespart werden.
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Der erste Teil, d.h. die Übertragung der Steigung der Messwerte kann dann eingespart werden, wenn keine Änderung der Steigung vorliegt. Dadurch wiederum lässt sich zusätzliche Bandbreite auf dem Kommunikationsbus, in der Regel als CAN-Bus beschaffen, einsparen. Bei Bedarf, d.h. bei Überschreiten bestimmter Schwellwerte bzw. bei Auftreten unzulässig hoher Abweichungen der extrapolierten Messwerten von den tatsächlichen Messwerten, wird die Steigung neu ermittelt, um eben zu verhindern, dass die extrapolierten Werte zu stark von den gemessenen Werten abweichen.
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Nachfolgend werden Verfahrensschritte des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens in Bezug auf die Stichworte konstanter Steigungswert, Vorzeichenänderung der Steigung, Änderung der Stärke der Steigung und Rekonstruktion der Messwerte beispielhaft beschrieben. Liegt ein konstanter Steigungswert der Messwerte, die zu verschiedenen Messzeitpunkten aufgenommen werden, vor, d.h. verlaufen die Messdaten monoton fallend oder monoton steigend, so wird der nächste Messwert extrapoliert und eine Differenz zwischen dem extrapolierten Wert und dem tatsächlich gemessenen Wert berechnet. Der extrapolierte Wert ergibt sich aus dem Messwert und der Steigung. Das Gleiche erfolgt mit den restlichen Messwerten. Bei konstantem Steigungswert sind die Differenzwerte des dritten, vierten und fünften Messwertes zu den extrapolierten Werten relativ gering, so dass Bandbreite auf dem Bus eingespart werden kann, da in diesem Beispiel die Steigung für alle Extrapolationsoperationen gleich ist und die Übertragung der Steigung der jeweiligen Messwerte aufgrund des konstanten Steigungswertes über die Messzeitpunkte gesehen, eingespart werden kann. Hierdurch wiederum ergibt sich eine Einsparung von Bandbreite auf dem Kommunikationsbus.
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Nachfolgendes Beispiel bezieht sich auf eine Vorzeichenänderung der Steigung. Verändert sich die Steigung der Messwerte stark, so muss eine Anpassung der Steigung erfolgen, um bei den Extrapolationsoperationen eine bessere Approximation zu erhalten. Nur dadurch kann die zu beanspruchende Bandbreite auf dem Kommunikationsbus, in der Regel als ein CAN-Bus im Fahrzeug beschaffen, niedrig gehalten werden. Liegt beispielsweise während drei aufeinanderfolgender Messungen eine monoton fallende Steigung vor, und ändert das Vorzeichen der Steigung seinen Wert, so erfolgt die Berechnung eines neuen Steigungswertes, der über den Kommunikationsbus kommuniziert wird. Dieser neue Steigungswert gilt für alle Extrapolationsoperationen ab dem vierten Messzeitpunkt. Dadurch ergibt sich zwischen dem dritten und dem vierten Messzeitpunkt zusätzlich zur Kommunikation der Messdaten in Gestalt der Differenzwerte eine stärkere Belegung des Kommunikationsbusses durch die Übertragung des neuen Steigungswertes an das Hauptsteuergerät. Zu diesem Zeitpunkt und nur zu diesem Zeitpunkt wird die Buslast kurzfristig erhöht.
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Ändert die Steigung ihre Stärke nur hinsichtlich ihres Betrages, beispielsweise Messwerte nehmen in geringerem Maße ab als zuvor, so wird wie bei dem vorhergehenden Beispiel ein neuer Steigungswert ermittelt und übertragen. Mit diesem neuen Wert werden die nachfolgenden Extrapolationsoperationen für die weiteren Messpunkte, die nach der Anpassung des Steigungswertes liegen, durchgeführt. Analog zu dem vorstehend beschriebenen zweiten Beispiel erfolgt durch die Übertragung des neuen Steigungswertes an das Hauptsteuergerät zu diesem Zeitpunkt eine kurzzeitige Erhöhung der Buslast des Kommunikationsbusses.
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In einem vierten Schritt sei beispielsweise auf die Rekonstruktion der Messwerte eingegangen. Die Rekonstruktion der echten Messwerte erfolgt innerhalb des Hauptsteuergerätes durch Extrapolation. Die Extrapolation des neuen Messwertes erfolgt mittels des vorhergehenden Messwertes unter Berücksichtigung der momentanen Steigung und der übertragenen Messwertdifferenz.
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Vorteile der Erfindung
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Der schlagende Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Übertragung von Messwerten liegt darin, dass nur die Differenzwerte zu den extrapolierten Messwerten jeweils übertragen werden, wodurch ein geringerer Bandbreitenbedarf auf den Datenbus resultiert. Im Gegensatz zur einfachen Übertragung von Differenzwerten werden durch die Verwendung der Steigung auch bei konstant steigenden oder fallenden Messwerten nur sehr kleine Differenzen übertragen. Diese kleinen Differenzen können bei der Übertragung auf dem Kommunikationsbus durch einen Datentyp mit einer geringeren Bitanzahl repräsentiert werden, wodurch Bandbreite auf dem Kommunikationsbus, der in der Regel in einem Fahrzeug als CAN-Bus ausgebildet ist, eingespart wird.
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Die Extrapolation und die Korrektur von Messwerten erfolgt durch einfache Addition- bzw. Subtraktionsschritte. Aus dem letzten Messwert x und der momentanen Steigung (dx) und der Messabweichung d wird der korrekte Messwert m rekonstruiert gemäß der nachfolgenden Beziehung: m = x + dx + d
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lässt sich eine Reduktion der Bandbreite des Datenbusses erzielen. Der Datenbus wird demzufolge zu einem geringeren Anteil ausgenutzt und ist somit weniger störungsanfällig.
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Dies wiederum ermöglicht es, mehrere Sensoren auf den Datenbus, d.h. den Kommunikationsbus aufzuschalten. Eine geringere Buslast ermöglicht die zusätzliche Kommunikation zusätzlicher Sensorsteuergeräte auf dem Bus. Dadurch lässt sich die Gesamtzahl der über den Kommunikationsbus miteinander zu verbindenden Komponenten, im folgenden Fall Sensorsteuergeräte erhöhen, wobei die Bandbreite beibehalten werden kann. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren entsteht kein Genauigkeitsverlust, da der Kommunikationsbus eine verlustfreie Übertragung sicherstellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 die beispielhafte Darstellung eines Batteriepacks,
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2 den schematischen Aufbau eines Batteriemanagementsystems mit mehreren Batteriemodulen, mehreren Sensorsteuergeräten und einem Hauptsteuergerät,
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3 den Verlauf der Temperatur einer Batterie im laufenden Betrieb,
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4 den Verlauf der Batteriezellenspannung bei Entlade- und Ladevorgängen,
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5 eine Rekonstruktion von Messwerten unter Rückgriff auf Änderungsraten/Steigung und Differenzwerten von Messwerten und eine beispielhaft dargestellte Datenbusbelegung,
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6 eine Änderung des Steigungsverlaufes einer Messwertekurve und eine Busbelegung eines Kommunikationsdatenbusses mit Differenzen/Abweichungen und einer Information über einen neuen Steigungswert,
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7 eine Anpassung der Steigung einer Messwertereihe und eine sich daraus ergebene teilweise Datenbusbelegung eines Kommunikationsbusses unter Berücksichtigung ungenutzter Buskapazität und
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8 eine Rekonstruktionsmöglichkeit von Messwerten unter Rückgriff auf Differenzwerte Steigungsinformationen, wobei die Datenübertragung über einen teilweise belegten Datenbus an das Hauptsteuergerät erfolgt.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist ein teilweise aufgeschnitten dargestelltes Batteriepack zu entnehmen.
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Ein Batteriepack 10, in dem eine Anzahl von miteinander verschalteten Batteriemodulen 14 aufgenommen sind, ist von einem Gehäuse 12 umgeben. Zur Darstellung des Innenlebens des Batteriepacks 10 ist das Gehäuse 12 in der Darstellung gemäß 1 teilweise aufgeschnitten. Im Inneren des Batteriepacks 10 befinden sich eine Anzahl von Batteriemodulen 14, Sensorsteuergeräte und dergleichen mehr, welche zum Betrieb des Batteriepacks 10 erforderlich sind.
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2 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Batteriemanagementsystems.
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Ein Batteriemanagementsystem umfasst ein Hauptsteuergerät 16 sowie eine Anzahl von Sensorsteuergeräten. In der beispielhaften Darstellung gemäß 2 sind ein erstes Sensorsteuergerät 18, ein zweites Sensorsteuergerät 20 sowie ein n-tes Steuergerät 22 dargestellt. Ein jedes der Sensorsteuergeräte 18, 20 bzw. 22 ist einem separaten Batteriemodul zugeordnet. So überwacht das erste Sensorsteuergerät 18 das erste Batteriemodul 24, das zweite Sensorsteuergerät 20 das zweite Batteriemodul 26 sowie das n-te Sensorsteuergerät 22 das n-te Batteriemodul, vergleiche Position 28. Aus Gründen der Vereinfachung sind die weiteren Steuergeräte sowie Batteriemodule, die über das Batteriemanagementsystem betrieben werden, in der Darstellung gemäß 2 nicht wiedergegeben.
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Batteriemanagementsysteme gemäß der Darstellung in 2 gewährleisten die sichere und zuverlässige Funktion der Zellen und Batteriepacks 10. Derartige Managementsysteme überwachen und steuern Ströme, Spannungen und Temperaturen, Isolationswiderstände und andere Größen für die Zellen und gesamte Batteriepacks 10, wie in 1 dargestellt. Mithilfe der Größen Ströme, Spannungen, Temperaturen und Isolationswiderstände und dergleichen mehr, lassen sich Managementfunktionen realisieren, die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern. Batteriemanagementsysteme umfassen eine Vielzahl von Steuergeräten 18, 20, 22, auf denen individuelle Softwarefunktionalitäten ablaufen. Abhängig von der Anzahl der Zellen, der Anzahl der Sensoren und der Verteilung der Batteriemodule 24, 26, 28 auf verschiedene Bauräume innerhalb des Automobils, ergibt sich eine Steuergerätetopologie mit dem Hauptsteuergerät 16 und mehreren diesen untergeordneten Sensorsteuergeräten 18, 20, 22, wie in 2 dargestellt. Mittels der Sensorsteuergeräte 18, 20, 22 erfolgt die Erfassung von Messdaten, wie beispielsweise Spannungen, Temperaturen und Ströme direkt an den einzelnen Batteriemodulen 24, 26, 28. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten 16, 18, 20, 22 über einen Kommunikationsbus 70, der in der Regel als CAN-Bus ausgestaltet ist, ausgetauscht.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Batteriemanagementsystems und das Batteriemanagementsystem ermöglichen eine verlustfreie Kompression bei der Datenübertragung und die Kommunikation einer maximalen Anzahl von Sensorsteuergeräten 18, 20, 22 bei gleichbleibender Bandbreite des Datenbusses. Es können mehr Batteriemodule 24, 26, 28 weitestgehend störungsfrei auf dem Datenbus kommunizieren. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren macht sich charakteristische Verläufe von Sensordaten zunutze.
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So ist 3 der Verlauf der Temperatur der Batterie über die Zeit zu entnehmen.
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3 zeigt, dass ein Verlauf 30 der Batterietemperatur im Wesentlichen durch Abschnitte charakterisierbar ist. Während einer Anstiegsphase 32 erfolgt eine kontinuierliche Zunahme der Batterietemperatur bis eine Temperaturstabilität 36 eingetreten ist. Bei laufendem Betrieb der Batterie bzw. des Batteriepacks 10 bleibt der Verlauf 30 der Batterietemperatur stabil und bewegt sich innerhalb eines Schwankungsintervalles 34 nur noch geringfügig nach oben. Diesen charakteristischen Verlauf der Temperatur macht sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zunutze, ebenso wie der in 4 dargestellte Verlauf der Zellenspannung des Batteriepacks 10 aufgetragen auf die Zeitachse.
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4 zeigt, dass ein Verlauf der Batteriezellenspannung 38 im Wesentlichen Entlade- und Ladezyklen folgt. Während eines ersten Entladevorganges 40 nimmt naturgemäß die Batteriezellenspannung 38 ab, während eines sich an den ersten Entladevorganges 40 anschließenden ersten Ladevorganges 42 steigt die Batteriezellenspannung 38 wieder an, um in einem zweiten Entladevorgang 44 wieder abzunehmen. An den zweiten Entladevorgang 44 schließt sich ein zweiter Ladevorgang 46 an, währenddessen die Batteriezellenspannung gemäß der Darstellung in 4 wieder ansteigt.
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Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend, wird zur Kompression der Daten die Datenübertragung der Messwerte in zwei Teile aufgeteilt. Der erste Teil der Aufteilung ist dadurch gegeben, dass eine Übertragung der Steigung/Änderungsrate der Messwerte erfolgt. In einem zweiten Teil der Datenübertragung werden aus dem letzten Messwert und der aktuellen Information über die Steigung zukünftige Messwerte extrapoliert. An das Hauptsteuergerät 16 wird die Abweichung des tatsächlichen Messwertes von dem extrapolierten Wert übertragen. Da der Wertebereich der Abweichungen wesentlich geringer ist als der Wertebereich der tatsächlichen Messwerte, kann die Bandbreite eines Kommunikations- bzw. Datenbusses ohne Genauigkeitsverlust eingespart werden. Der erste Teil der Datenaufteilung, d.h. die Übertragung der steigenden Messwerte kann dann eingespart werden, wenn keine Änderung der Steigung bzw. Änderungsrate der Messwerte vorliegt. Dadurch kann weitere, d.h. zusätzliche Bandbreite am Datenbus eingespart werden. Bei Bedarf wird jedoch die Steigung neu bestimmt und auch neu an das Hauptsteuergerät übertragen, um zu verhindern, dass die extrapolierten Werte zu stark von den gemessenen Werten abweichen, d.h. keine Approximation mehr vorliegt.
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Die Messdaten werden nach folgendem Ablauf von den jeweiligen Sensorsteuergeräten 22, 24 und 26 an das Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems übertragen:
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In einem ersten Schritt wird, wie oben bereits erwähnt, zu Beginn der Messung die Änderungsrate/Steigung der Messdaten über einen Datenbus 70 an das Hauptsteuergerät 16 übertragen.
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Des Weiteren wird über den Datenbus innerhalb eines jeden Messzyklus der zu diskreten Messzeitpunkten 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 erfolgt, die Abweichung der Messdaten von der im Moment aktuellen Steigung übertragen. In einem dritten Schritt konstruiert der Datenempfänger, in diesem Falle das Hauptsteuergerät 16, aus der Änderungsrate/Steigung und den über den Datenbus 70 empfangenen Abweichungen die korrekten Messwerte. Diese Rekonstruktion geschieht ohne Genauigkeitsverlust.
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Erfolgt eine Änderung der Änderungsrate bzw. der Steigung um einen definierten Wert, erfolgt die Ermittlung eines neuen Steigungswertes, mit dem dann die Messdaten im Hauptsteuergerät 16 einer Extrapolation 92 unterzogen werden, um die Approximation zu verbessern.
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Die Übertragung der Änderungsrate bzw. der Steigung sowie die Abweichung der Messdaten von der angenommenen Steigung erfolgt auf dem Datenbus 70 nur unter teilweiser Busbelegung 72 durch die Abweichungen bzw. Differenzwerte und die Informationen über die Steigung, so dass der Datenbus 70 nicht hinsichtlich seiner gesamten Bandbreite, sondern nur teilweise genutzt bleibt und genügend ungenutzte Buskapazität 74 verbleibt, die anderweitig genutzt werden kann. Durch Übertragen der Abweichung/Differenzen 68 der Messwerte wird weniger Buslast benötigt, da diese Werte einen geringeren Bedarf an Bandbreite in Bezug auf die Nutzung des Datenbusses 70 haben, verglichen mit den vollständigen Messwerten, die erheblich mehr Buskapazität auf dem Datenbus 70 belegen würden.
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Anhand der nachfolgenden Beispiele wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren anhand der 5 bis 8 beispielhaft beschrieben.
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5 zeigt die Rekonstruktion der Messwerte aus der Steigung bzw. Änderungsrate der Messwerte.
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In 5 ist die Zellenspannung U einer der Batteriezellen eines Batteriemoduls 14 des Batteriepacks 10 über die Zeit aufgetragen. Zu diskreten Messzeitpunkten 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 werden Messdaten aufgenommen. Wie der Darstellung gemäß 5 zu entnehmen ist, weisen die zu den Messzeitpunkten 52 bis 64 jeweils aufgenommenen Messwerte in diesem Beispiel eine konstante monoton fallende Steigung 50 auf. Die Steigung 50 wurde basierend auf zwei oder mehr zuvor aufgenommenen Messwerten ermittelt und wurde bereits über den Datenbus 70 an das Hauptsteuergerät 16 übertragen. Aus dem zum ersten Messzeitpunkt 52 aufgenommenen Messwert wird im Hauptsteuergerät 16 ein extrapolierter Wert 66 berechnet. Zu einem zweiten Messzeitpunkt 54 wird ein Messwert ermittelt, der eine Differenz bzw. Abweichung 68 zum zuvor ermittelten extrapolierten Wert 66 aufweist. Der extrapolierte Wert 66 ergibt sich aus dem zuerst aufgenommenen Messwert und den Informationen über die jeweils aktuell vorliegende Steigung der Messwerte. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass die zum dritten Messzeitpunkt 56, zum vierten Messzeitpunkt 58 und zum fünften Messzeitpunkt 60 ermittelten Messwerte eine sehr geringe Abweichung bzw. Differenz 68 zu den zugehörigen extrapolierten Werten aufweisen. Nur diese Information, d.h. die Abweichung bzw. Differenz 68 wird auf den Datenbus 70 übertragen. Der Datenbus 70 fährt zu Beginn der jeweiligen Messzyklen, die zu den diskreten Messzeitpunkten 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 beginnen, eine teilweise Busbelegung 72 mit jenen Differenz- bzw. Abweichungswerten 68 in Bezug auf die extrapolierten Werte 66. Je kleiner die Abweichungen sind, desto weniger Busbelegung 72 wird beansprucht.
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Aus der Darstellung gemäß 5 lässt sich des Weiteren entnehmen, dass in diesem Fall die Steigung 50 für alle Extrapolationsoperationen 92 gleich ist. Es werden zu jedem Zeitpunkt ausschließlich Abweichungs- bzw. Differenzwerte 68 im Rahmen einer teilweisen Busbelegung 72 des Datenbusses 70 übertragen, so dass auf dem Datenbus 70 ungenutzte Buskapazität 74 verbleibt, wie in der Darstellung des Datenbusses 70 gemäß 5 angedeutet.
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Der Darstellung gemäß 6 ist ein Verlauf der Batteriezellenspannung, ebenfalls aufgetragen über die Zeitachse zu entnehmen, wobei sich während dieser Messreihe eine Vorzeichenänderung der Steigung bzw. der Änderungsrate ergibt.
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Analog zur Darstellung gemäß 5 wird zu einem jeden diskreten Messzeitpunkt 52, 54, 56, 58, 60, 62 und 64 ein Messzyklus initiiert. 6 zeigt, dass sich die Steigung der Messwerte verändert. Liegt die Abweichung 68 vom extrapolierten Wert 66 zum zweiten Messzeitpunkt 54 noch im Rahmen, so nimmt die Abweichung des extrapolierten Wertes zum dritten Messzeitpunkt 56 und zum vierten Messzeitpunkt 58 größere Ausmaße an, vergleiche Positionen 76 und 78. Bis zum dritten Messzeitpunkt 56 erfolgt die Extrapolation mit einem ursprünglichen Steigungswert. Zwischen den Messzeitpunkten 56 und 58 kommt es zu einer Vorzeichenumkehr 86 der Steigung. Die zum vierten Messzeitpunkt 58 ermittelte dritte Abweichung in Bezug auf den extrapolierten Wert 66, ist unzulässig hoch und stellt keine sinnvolle Approximation mehr dar. Nun erfolgt im Hauptsteuergerät 16 eine neue Berechnung, d.h. eine Anpassung 80 der Steigung. Des Weiteren erfolgt zum vierten Messzeitpunkt 58 eine Übertragung eines neuen Steigungswertes 82 der für künftige Extrapolationen dient über den Bus. Zu Beginn des vierten Messzyklus, d.h. zum vierten Messzeitpunkt 58 erfolgt daher eine kurzfristige Buslasterhöhung durch Übertragung des neuen Steigungswertes 82 im Rahmen der teilweisen Busbelegung 72. Aus der Darstellung gemäß 6 ergibt sich zudem, dass analog zu der Darstellung gemäß 5 eine relativ große ungenutzte Buskapazität 74 verbleibt, da lediglich Abweichungen 68 bzw. Differenzen zu extrapolierten Werten übertragen werden. Je geringer die Abweichungen bzw. Differenzen 68 sind, eine desto geringere teilweise Busbelegung 72 ergibt sich. Aus der Darstellung gemäß 6 ergibt sich auch, dass die hier zu den dritten bzw. vierten Messzeitpunkten 56 bzw. 58 ermittelten Abweichungen 76, 78 keine sinnvolle Approximation mehr darstellen.
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Aus dem Beispiel gemäß 7 geht eine Änderung der Steigung während einer Messreihe hervor.
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In diesem Beispiel ist ebenfalls die Batteriezellenspannung aufgetragen über die Zeitachse. Ausgehend von einem ersten Messzeitpunkt 52 werden entlang der Zeitachse Messzyklen zu den jeweiligen weiteren Messzeitpunkten 54, 56, 58, 60, 62 und 64 initiiert. Aus einem Initialwert wird ein extrapolierter Wert 66 aus der aktuellen Steigung und dem Initialmesswert ermittelt. Die aktuelle Steigung wurde basierend auf früheren Messwerten ermittelt. Die Abweichung bzw. Differenz 68 vom extrapolierten Wert 66 ist zum zweiten Messzeitpunkt 54 gering, was auch für die Abweichung bzw. Differenz 68 zum dritten Messzeitpunkt 56 gilt. Danach erfolgt, wie 7 entnommen werden kann, die Änderung der Steigung, d.h. die einzelnen Messwerte nehmen in geringerem Maße ab als zu den vor dem vierten Messzeitpunkt 58 erfolgten Messungen zum ersten, zweiten und dritten Messzeitpunkt. Dies bedeutet, dass zu Beginn des vierten Messzyklus, d.h. zum Messzeitpunkt 58 eine Anpassung 80 der Steigung erfolgt, da zu diesem Zeitpunkt die zweite Abweichung bzw. Differenz im Vergleich zu den Abweichungen bzw. Differenzen 68 zum zweiten Messzeitpunkt 54 und zum dritten Messzeitpunkt 56 unzulässig hoch ist. Analog zur Darstellung gemäß 6 wird zu Beginn des vierten Messzyklus, d.h. beim vierten Messzeitpunkt 58 ein neuer Steigungswert ermittelt und über den Datenbus 70 übertragen, angedeutet durch den neuen Steigungswert 82 der unter teilweiser Busbelegung 72 zu Beginn des vierten Messzyklus, d.h. zum vierten Messzeitpunkt 58 auf den Datenbus 70 gelegt wird. Mit diesem neuen Wert für die Steigung, d.h. dem neuen Steigungswert 82 werden die folgenden Extrapolationen der Messwerte im Hauptsteuergerät 16 vorgenommen. Durch Bezugszeichen 84 ist der Bereich der Messreihe angedeutet, der mit dem angepassten Steigungswert nach der Anpassung 80 ermittelt wird und der den Extrapolationsoperationen 92 zugrundegelegt wird.
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8 zeigt eine Rekonstruktion der echten Messwerte durch das Hauptsteuergerät 16 des Batteriemanagementsystems.
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Auch hier ist die Batteriezellenspannung U über die Zeitachse t aufgetragen. Im Hauptsteuergerät 16 erfolgt ausgehend von einem Ausgangswert 90 eine Extrapolationsoperation 92, dessen Ergebnis der extrapolierte Wert 66 ist. Mit Bezugszeichen 88 ist ein rekonstruierter Messwert bezeichnet, der sich um eine Abweichung bzw. Differenz 68 vom extrapolierten Wert 66 unterscheidet. Die Rekonstruktion der echten Messwerte, d.h. der rekonstruierten Messwerte 88, erfolgt im Hauptsteuergerät 16 durch Extrapolation 92 des neuen Messwertes anhand des vorhergehenden Messwertes und der momentan vorliegenden Steigung und der über den Datenbus 70 übertragenen Messwertabweichung bzw. Messwertdifferenz 68. Durch die Steigungsinformation 74, abgelegt auf dem Datenbus 70, und die teilweise Busbelegung 72, d.h. die Belegung des Datenbusses 70 mit den Abweichungen Differenzwerten 68, berechnet das Hauptsteuergerät 16 die rekonstruierten Messwerte. Die Ermittlung erfolgt jeweils zu den diskreten Messzeitpunkten 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, die auf der Zeitachse gemäß 8 eingetragen sind.
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Das vorstehend, insbesondere anhand der 5, 6, 7 und 8 beschriebene Verfahren zur Kompression von Daten ermöglicht die Rekonstruktion eines korrekten Messwertes m unter Berücksichtigung des letzten Messwertes x, der momentanen Steigung dx und der Messabweichung d gemäß der Gleichung m = x + dx + d. Es erfolgt eine wesentlich ökonomischere Nutzung des Datenbusses 70, da nur Differenzwerte 68 zu den extrapolierten Messwerten 66 übertragen werden. Dadurch ergibt sich ein verminderter Bandbreitenbedarf auf dem Datenbus. Im Gegensatz zur einfachen Übertragung von Differenzwerten bzw. Abweichungen 68 werden durch die Verwendung der jeweiligen Steigung auch bei konstant steigenden oder fallenden Messwerten nur sehr kleine Differenzen über den Datenbus 70 im Wege einer teilweisen Busbelegung 72 übertragen, wodurch ebenfalls Bandbreite auf dem Kommunikationsbus, d.h. beispielsweise einem CAN-Datenbus, wie er im Fahrzeug verbaut ist, eingespart wird. Der Datenbus 70 wird nur zu einem geringen Anteil gemäß der teilweisen Busbelegung 72 ausgenutzt und ist somit weniger störanfällig.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit bei Implementierung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb eines Batteriemanagementsystems mehr Sensoren über den Datenbus zu versorgen. Durch eine geringere Buslast können zusätzliche Sensorsteuergeräte auf dem Bus kommunizieren, so dass sich die Möglichkeit gibt, die Gesamtzahl der Sensorsteuergeräte, die über den Datenbus 70 kommunizieren, bei gleichbleibender Bandbreite des Datenbusses zu erhöhen. Des Weiteren stellt sich in vorteilhafter Weise bei der Rekonstruktion der Daten kein Genauigkeitsverlust ein, da eine verlustfreie Übertragung sichergestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10333989 A1 [0001]
- DE 102004001293 A1 [0002, 0002]
