DE102013111632A1

DE102013111632A1 - System und Verfahren zum Reduzieren der Datenhandhabung bei Lithium-Ionen-Akkumonitoren

Info

Publication number: DE102013111632A1
Application number: DE102013111632.9A
Authority: DE
Inventors: Jeremy R. Gorbold
Original assignee: Analog Devices Technology
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: US10365332B2; CN103809490A; US20140129164A1; DE102013111632B4; CN103809490B; US20190302191A1

Abstract

Es wird ein beispielhaftes Verfahren zum Reduzieren der Datenhandhabung bei Monitoren von Lithium-Ionen-Akkumulatoren bereitgestellt und umfasst das Empfangen einer Anfrage von einem Mikrocontroller für Daten, die mit einer oder mehreren Zellen verknüpft sind, das Empfangen von Signalen, die den überwachten Eigenschaften der Zellen entsprechen, das Berechnen abgeleiteter Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften, das Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten, und das Senden der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte an den Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption. Die Standarddaten können Zellenspannungen, Hilfseingaben, Stapelspannung, Referenzausgangsspannung, analoge Spannungsausgabe, analoge Spannungseingabe, Temperatur und Referenzpufferspannung umfassen. Die Standarddaten werden dem Mikrocontroller abschnittsweise in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte der Reihe nach bereitgestellt, wobei jeder Abschnitt den Standarddaten entspricht, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt laut 35 U.S.C. § 119(e) die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/721,842, unter dem Titel „SYSTEM AND METHOD TO REDUCE DATA HANDLING ON LITHIUM ION BATTERY MONITORS”, eingereicht am 2. November 2012, und der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/836,215, unter dem Titel „SYSTEM AND METHOD TO REDUCE DATA HANDLING ON LITHIUM ION BATTERY MONITORS”, eingereicht am 18. Juni 2013, in Anspruch, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen werden.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der elektronischen Verarbeitungssysteme und genauer gesagt ein System und Verfahren, um die Datenhandhabung bei Lithium-Ionen-Akkumonitoren zu reduzieren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Aufkommen von kleinen, leichten, lang laufenden Lithium-Ionen-Akkumulatoren hat einen Markt für Notebook-Computer, Mobiltelefone und andere tragbare Vorrichtungen ermöglicht. Die Technologie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren wird auch zunehmend in Autos verwendet, wie etwa in Hybridfahrzeugen, die mit Strom, der von diesen Akkumulatoren erzeugt wird, und mit Benzin funktionieren, und in Elektroautos, die ausschließlich mit Strom funktionieren, der von diesen Akkumulatoren erzeugt wird. Die Technologie der Akkumulatoren verbreitet sich weiter auf andere Gebiete, wie etwa Datenzentren, Herstellungs- und Industrieanwendungen, wobei das Management der Hybridenergie eine längere Akkudauer erfordert. Bei solchen akkugetriebenen Systemen kann das Akku-Management wichtig sein, um beispielsweise die richtige Leistung des Akkusystems sicherzustellen und dabei die Energieersparnis und die Gesamtsystemleistung zu bewahren. Ein intelligentes Akku-Managementsystem kann die Akkudauer verlängern, wodurch sich die Systemkosten über seine gesamte Lebensdauer reduzieren. Das Akku-Managementsystem steuert die Funktionalität und Ladung der Akkuzellen. In dem Maße wie die Zellen altern kann die Speicherkapazität der einzelnen Akkuzellen nachlassen. Das Akku-Managementsystem optimiert die Zellenverwendung unter Berücksichtigung der Akkuzellenleistung und der Akkulebensdauer.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Merkmale und Vorteile bereitzustellen, wird Bezug auf die nachstehende Beschreibung genommen, die zusammen mit den beiliegenden Figuren zu sehen ist, wobei die gleichen Bezugszeichen ähnliche Teile darstellen. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm eines Systems zum Reduzieren der Datenhandhabung bei Lithium-Ionen-Akkumonitoren gemäß einer Ausführungsform;
2 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm von beispielhaften Einzelheiten des Systems gemäß einer Ausführungsform;
3 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm anderer beispielhafter Einzelheiten des Systems gemäß einer Ausführungsform;
4 ein vereinfachtes Diagramm, das noch andere Einzelheiten einer Ausführungsform des Systems abbildet;
5 ein vereinfachtes Diagramm, das noch andere Einzelheiten einer Ausführungsform des Systems abbildet;
6 ein vereinfachtes Ablaufschema, das beispielhafte Vorgänge abbildet, die mit einer Ausführungsform des Systems verknüpft sein können; und
7 ein vereinfachtes Ablaufschema, das andere beispielhafte Vorgänge abbildet, die mit einer Ausführungsform des Systems verknüpft sein können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ÜBERBLICK
Es wird ein beispielhaftes Verfahren zum Reduzieren der Datenhandhabung bei Lithium-Ionen-Akkumonitoren bereitgestellt, welches das Empfangen einer Anfrage von einem Mikrocontroller für Daten, die mit einer oder mehreren Zellen verknüpft sind, das Empfangen von Signalen, die überwachten Eigenschaften aus den Zellen entsprechen, das Berechnen abgeleiteter Eigenschaften von den überwachten Eigenschaften, das Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten, und das Senden eines ersten Satzes der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte der Standarddaten an den Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption umfasst. Es können im Wesentlichen alle Standarddaten dem Mikrocontroller in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie eine Anzahl von Abschnitten bereitgestellt werden.
Bei spezifischen Ausführungsformen umfassen die Standarddaten Folgendes: Zellenspannungen, Hilfseingaben (auxiliary inputs), Stapelspannung (stack voltage), Referenzausgangsspannung (V_REF), analoge Spannungsausgabe (V_REGOUT), analog Spannungseingabe (V_REGIN), Temperatur des Akkumonitors und Referenzpufferspannung (V_REFBUF). Bei einigen Ausführungsformen umfasst gemäß der ersten Rechenlogikoption der erste Satz die folgenden abgeleiteten Eigenschaften: Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung, und der zweite Satz umfasst eine Element der Standarddaten. Gemäß der zweiten Rechenlogikoption umfasst der erste Satz eine von der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung, und der zweite Satz umfasst ein Element der Standarddaten.
Bei einigen Ausführungsformen gemäß der ersten Rechenlogikoption werden die angefragten Daten dem Mikrocontroller auf vier Kanälen in zwei 64-Bit-Rahmen bereitgestellt. Gemäß der zweiten Rechenlogikoption werden die angefragten Daten dem Mikrocontroller auf zwei Kanälen in einem einzigen 64-Bit-Rahmen bereitgestellt.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezug auf 1 ist 1 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm eines Systems 10 zum Reduzieren der Datenhandhabung bei Lithium-Ionen-Akkumonitoren. Das System 10 umfasst eine Kette von Akkumonitoren 12(1) bis 12(N), die jeweils ausgebildet sind, um eine vorbestimmte Anzahl von Zellen C₁ bis C_m in den Akkugruppen 14(1) bis 14(N) zu überwachen. Wie er hier verwendet wird, umfasst der Begriff „Zelle” eine Vorrichtung, die in der Lage ist, eine gewisse Form von Energie in eine andere Form zu ändern. Beispiele von Zellen umfassen elektrochemische Zellen (die z. B. chemische Energie in elektrische Energie ändern), photovoltaische Zellen (die z. B. Lichtenergie in elektrische Energie ändern) usw. Ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist ein Beispiel einer elektrochemischen Zelle, wobei Materialien einer negativen Elektrode (Anode) und einer positiven Elektrode (Kathode) als Aufnahmen für Lithium-Ionen (Li+) dienen. Die Lithium-Ionen bewegen sich während der Entladung von der Anode zur Kathode und werden in die Kathode eingeschoben (z. B. in Hohlräume in der kristallographischen Struktur derselben eingefügt). Beim Laden ändern die Ionen ihre Richtung. Der Begriff „Akkumonitor” schließt ein beliebiges elektronisches Bauteil (z. B. eine elektronische Schaltung, eine integrierte Schaltung oder einen Halbleiter-Chip), eine Vorrichtung oder eine Anwendung ein, das bzw. die in der Lage ist, eine oder mehrere Eigenschaften der Zellen C zu überwachen. Die überwachten Eigenschaften können Spannung, Ladung, Temperatur, Strom, physische Integrität und andere derartige Eigenschaften umfassen.
Die Anzahl der Zellen C (der Begriff C wird hier verwendet, um sich allgemein auf eine oder mehrere Zellen zu beziehen) wie verwendet, die von jedem Akkumonitor 12(1) bis 12(N) überwacht werden, können von 1 bis 12 oder mehr reichen, begrenzt durch die Anzahl der Anschlüsse (pins) eines Halbleiter-Chips, auf dem ein spezifischer Akkumonitor bereitgestellt wird, oder durch den Spannungsbereich, der von dem spezifischen Akkumonitor gehandhabt werden kann. Jede Akkugruppe 14(1) bis 14(N) kann die gleiche oder eine andere Anzahl von Zellen C umfassen, die physisch zusammen in einem Behälter eingeschlossen sind. Die Begriffe „Akku(mulator)” und „Akkugruppe” können hier austauschbar verwendet werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können in einer Verkettung mit geeigneten Anschlüssen zur Datenübertragung zwischen Paaren angrenzender Akkumonitore verbunden sein. Ein Mikrocontroller 16 kann die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) über einen Kommunikationskanal steuern, wie etwa über eine Verbindung, die mit einer seriellen Peripherieschnittstelle (SPI) kompatibel ist. Ein iCoupler 18 kann das Isolieren der Akkugruppen 14(1) bis 14(N) und der Akkumonitore 12(1) bis 12(N) von dem Mikrocontroller 16 und den anderen Bauteilen des Systems 10 ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein optionaler DC/DC-Wandler 20 den iCoupler 18 betreiben.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Mikrocontroller 16 Steuerdaten an die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) senden, die Daten anfragen, die mit einer oder mehreren Zellen C verknüpft sind. Wie er hier verwendet wird, umfasst der Begriff „Steuerdaten” Adresseninformationen, die eine bestimmte Zelle C_i oder Akkugruppe 14(1) bis 14(N) identifizieren, und/oder Steuerinformationen, die einen Vorgang identifizieren, der in Zusammenhang mit den Daten auszuführen ist. Die angefragten Daten können Werte von überwachten Eigenschaften (z. B. Eigenschaften von Zellen C, die von den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) überwacht werden) und abgeleitete Eigenschaften (z. B. Eigenschaften, die von den überwachten Eigenschaften abgeleitet werden) umfassen.
Die überwachten Eigenschaften können Zellenspannungen, Hilfseingaben (z. B. andere Eigenschaften als Zellenspannungen umfassen, beispielsweise die Eingabe eines Thermistor-Abschlusswiderstands), die Temperatur der jeweiligen Akkumonitore 12(1) bis 12(N) und Prüfparameter (wie etwa die Referenzausgangsspannung (V_REF), die analoge Spannungsausgabe (V_REGOUT), die analoge Spannungseingabe (V_REGIN), die Temperatur, die Referenzpufferspannung (V_REFBUF) der Akkumonitore 12(1) bis 12(N)), die verwendet werden, um Sicherheitsprüfungen an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) vorzunehmen. Die abgeleiteten Eigenschaften, die von den überwachten Eigenschaften abgeleitet werden, können die Stapelspannung, die eine Summe der Zellenspannungen umfasst, die Mindestzellenspannung (z. B. das Minimum der Zellenspannungen, die von einem spezifischen Akkumonitor überwacht werden), die Höchstzellenspannung (z. B. das Maximum der Zellenspannungen, die von einem spezifischen Akkumonitor überwacht werden) und die durchschnittliche Zellenspannung (Durchschnitt der Zellenspannungen, die von einem spezifischen Akkumonitor überwacht werden) umfassen. Diverse andere abgeleitete Eigenschaften können aus den überwachten Eigenschaften im weiten Umfang der Ausführungsformen berechnet werden.
Gemäß diversen Ausführungsformen können die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) einen ausgewählten Abschnitt der angefragten Daten an den Mikrocontroller 16 senden. Dadurch dass ein Abschnitt der angefragten Daten statt allen angefragten Daten gesendet wird, ist es möglich, die Datenmenge, die dem Mikrocontroller 16 mitgeteilt wird, und die sich daraus ergebenden Datenhandhabungsanforderungen des Mikrocontrollers 16 zu reduzieren. Mit reduzierter Datenverarbeitung kann der Mikrocontroller 16 eine größere Bandbreite aufweisen, um schnellere Berechnungen und andere Funktionen effizienter auszuführen.
Zum Zweck der Erläuterung der Techniken des Systems 10 ist es wichtig, den Betrieb eines bestimmten Systems, wie etwa der in 1 gezeigten Architektur, zu verstehen. Die folgenden grundlegenden Informationen können als Basis angesehen werden, von der aus die vorliegende Offenbarung richtig erklärt werden kann. Diese Informationen werden ernsthaft nur zum Zweck der Erläuterung angeboten und sind entsprechend nicht dazu gedacht, den weiten Umfang der vorliegenden Offenbarung und ihre möglichen Anwendungen einzuschränken.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren in hybriden und elektrischen Fahrzeugen können im Allgemeinen von handelsüblichen Akkumonitoren und Mikrocontrollern, die bei zahlreichen Herstellern (z. B. Analog Devices AD7280A; Linear Technology LTC6802-1; Maxim DS2438; Texas Instruments bq76PL536 usw.) erhältlich sind, überwacht und gemanagt werden. Typischerweise enthalten die meisten Akkumonitore Funktionen zur universellen Überwachung von gestapelten Lithium-Ionen-Akkumulatoren, wie sie in hybriden elektrischen Fahrzeugen, Akkusicherungsanwendungen und Elektrowerkzeugen verwendet werden. Ein Akku-Managementsystem kann gemessene Werte von Zelleneigenschaften aus den Akkumonitoren empfangen und diverse Funktionen ausführen, wie etwa das Überwachen der Bedingungen von einzelnen Zellen innerhalb der Akkugruppen; das Bewahren der Zellen in ihren Betriebsgrenzen; das Schützen der Zellen vor Außertoleranzbedingungen; das Bereitstellen eines „betriebssicheren” Mechanismus für den Fall unkontrollierter Bedingungen, Verlust von Kommunikationen oder Missbrauch; das Isolieren der Akku in Notfällen; das Kompensieren eventueller Ungleichheiten bei den Zellenparametern innerhalb der Akkukette; das Bereitstellen von Informationen über den Ladezustand (SOC) des Akkus (z. B. Kraftstoffanzeige); das Bereitstellen von Informationen über den Gesundheitszustand (SOH) des Akkus; das Bereitstellen von Informationen für Fahreranzeigen und Alarme; das Vorhersagen des Bereichs, der mit der verbleibenden Ladung in dem Akku möglich ist; das Annehmen und Umsetzen von Steueranweisungen aus verknüpften Fahrzeugsystemen; usw.
Das Akku-Managementsystem umfasst eine Akkuüberwachungseinheit (die einen oder mehrere Überwachungsakkumonitore umfasst), deren Hauptfunktionen Datenerhebung, Datenverarbeitung, Datenübertragung und Steuerung sind. Die überwachten Daten aus der Akkuüberwachungseinheit werden einem Mikrocontroller in dem Akku-Managementsystem zugeführt. Der Mikrocontroller analysiert die Daten und entnimmt Informationen zum Schutz des Akkumulators und zur Bestimmung des Ladezustands. Einige der analysierten Informationen können auch an einen Controller-Netzwerk-(CAN)Bus gegeben werden (einen Fahrzeugbusstandard, damit Mikrocontroller und Vorrichtungen (wie etwa Akkugeneratoren) innerhalb eines Fahrzeugs ohne Host-Computer miteinander kommunizieren können).
Um die Kosten zu reduzieren, kann ein typischer Akkumonitor statt jede Zelle parallel zu überwachen eine Multiplexarchitektur umfassen, welche die Spannung von jeder Zelle der Reihe nach auf eine einzige analoge oder digitale Ausgangsleitung schaltet. Es können Kostenersparnisse erzielt werden, indem die Anzahl der analogen Steuer- und/oder digitalen Abtast-Schaltungen reduziert wird und die Anzahl der Bauteile auf einem Minimum gehalten wird. Ein schneller Schaltmechanismus in dem Multiplexer schaltet die Ausgangsleitung auf jede Zelle, so dass die Zellen nacheinander überwacht werden können.
Es können unter Verwendung mehrerer Akkumonitore mehrere Akkugruppen überwacht werden, indem die Akkumonitore entsprechend miteinander gekoppelt werden. In manchen Systemen ermöglicht eine Verkettungsschnittstelle die Stapelung mehrerer Akkumonitore ohne die Notwendigkeit einer Isolierung der einzelnen Vorrichtungen. Jede Verknüpfung zwischen angrenzenden Akkumonitoren kann die bidirektionale Übertragung von Überwachungs- und Steuerdaten auf serielle und/oder parallele Art und Weise unterstützen. Beispielsweise können Daten, die von einem Akkumonitor m erzeugt werden, an den nächsten angrenzenden Akkumonitor m – 1 in der Kette von Akkumonitoren, der näher an dem Mikrocontroller liegt, übertragen werden. Die Steuerdaten aus dem Mikrocontroller können in die entgegengesetzte Richtung übertragen werden.
Einige Akkumonitore (z. B. AD7283) messen 12 Zellen und verwenden 24 Kanäle, um in zwölf 64-Bit-Rahmen zurückzulesen. Wie er hier verwendet wird, umfasst der Begriff „zurücklesen” eine Antwort auf eine Anfrage für Daten aus dem Mikrocontroller. Eine typische Rücklesung mit 24 Ausgaben, die 32-Bit-Messwerte umfasst, kann 1,56 ms bei einer Höchstgeschwindigkeit von 750 kHz für die Datenkommunikation mit dem Mikrocontroller benötigen. Die 24 Werte in jeder Rücklesung können auch mehr sein, als der Mikrocontroller zum Ausführen seiner Funktionen benötigt. Geht man davon aus, dass 8 Akkugruppen mit insgesamt 96 Zellen überwacht werden, kann die Zeit für die Rücklesung auf den Primärkanälen 8,5 ms betragen und kann auf primären und sekundären (z. B. einem Kanal, der in dem System für Redundanz sorgen soll) Kanälen 14,1 ms betragen.
Das System 10 ist ausgebildet, um diese Probleme (und andere) zu behandeln, indem es ein Akku-Managementsystem mit besserer Dateneffizienz bietet. Bei diversen Ausführungsformen können die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) mit einer oder mehreren Rechenlogikoptionen ausgebildet sein, um ausgewählte Abschnitte der angefragten Daten für den Mikrocontroller 16 bereitzustellen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können Steuerdaten empfangen, die eine Anfrage für Daten aus dem Mikrocontroller 16 umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können die Steuerdaten vorgeben, dass die Daten gemäß einer der Rechenlogikoptionen bereitgestellt werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können Signale empfangen, die den überwachten Eigenschaften der Zellen C entsprechen. Die Signale können elektrische Signale auf einer bestimmten Spannung oder einem bestimmten Strom umfassen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können die abgeleiteten Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können Standarddaten bestimmen, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden sollen, und können die Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilen.
Bei einer Ausführungsform umfassen die „Standarddaten” die folgenden überwachten Eigenschaften und die abgeleiteten Eigenschaften, die durch jeden Akkumonitor 12(1) bis 12(N) überwacht und/oder abgeleitet werden: Zellenspannungen, Hilfseingaben, Stapelspannung (d. h. die Summe der Zellenspannungen), V_REF, V_REGIN, V_REGOUT, V_REFBUF und Temperatur des Akkumonitors. Diverse andere überwachte und/oder abgeleitete Eigenschaften, einschließlich mehr oder weniger als die Anzahl der hier aufgeführten Eigenschaften, können in den Standarddaten im weiten Umfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können die abgeleiteten Eigenschaften und einen der Abschnitte der Standarddaten gemäß der Rechenlogikoption an den Mikrocontroller senden. Die Standarddaten können dem Mikrocontroller 16 nacheinander, Abschnitt für Abschnitt, in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte bereitgestellt werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen können die Rechenlogikoptionen eine erste Rechenlogikoption und eine zweite Rechenlogikoption umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann eine standardmäßige Rechenlogikoption ebenfalls bereitgestellt werden, wobei im Wesentlichen dem Mikrocontroller 16 alle Standarddaten in einer einzigen Rücklesung bereitgestellt werden können.
Gemäß der ersten Rechenlogikoption können die abgeleiteten Eigenschaften Folgendes umfassen: Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung; der eine der Abschnitte der Standarddaten (die an den Mikrocontroller 16 gesendet werden) kann ein Element der Standarddaten umfassen. Gemäß der zweiten Rechenlogikoption können die abgeleiteten Eigenschaften eine von der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung umfassen; und der eine der Abschnitte der Standarddaten (die an den Mikrocontroller 16 gesendet werden) kann ein Element der Standarddaten umfassen. Diverse andere Optionen, die diverse Auswahlen von Abschnitten von überwachten und abgeleiteten Eigenschaften umfassen, können dem Mikrocontroller 16 im weiten Umfang der Ausführungsformen bereitgestellt werden.
Beispielsweise können die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) das Aufladen der Akkugruppen 14(1) bis 14(N) durch Überwachung der Zellenspannung und der Temperatur, welche die Zellen C betrifft, unter anderen Eigenschaften, wie sie von den geeigneten Steuerdaten aus dem Mikrocontroller 16 vorgegeben werden, überwachen. Die Steuerdaten können die bestimmte Option (z. B. die erste Rechenlogikoption) vorgeben, gemäß der die angefragten Daten zu senden sind. Ein Abschnitt der angefragten Daten, etwa SIGNAL(1,1), kann an den Mikrocontroller 16 von den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) über die Verkettungsverbindung in vier Kanälen, die zwei 64-Bit-Rahmen umfassen, übertragen werden, wobei SIGNAL(1,1) {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 1} umfasst.
Basierend auf dem Abschnitt der empfangenen angefragten Daten kann der Mikrocontroller 16 versuchen, eine Bestimmung vorzunehmen, dass eine spezifische Zelle C_i eine vorbestimmte Spannung auf einer bestimmten Temperatur erreicht hat. Falls die Bestimmung nicht vorgenommen werden kann, kann bei einigen Ausführungsformen eine zweite Anfrage durch den Mikrocontroller 16 an einen oder mehrere der Akkumonitore 12(1) bis 12(N) gesendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die zweite Anfrage unabhängig von einer Bestimmung durch den Mikrocontroller 16 gesendet werden. Bei der zweiten Rücklesung kann ein anderer Abschnitt der angefragten Daten, etwa SIGNAL(2,1), an den Mikrocontroller 16 aus den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) über die Verkettungsverbindung übertragen werden, wobei SIGNAL(2,1) {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 2} umfasst, und so weiter, bis im Wesentlichen alle Standarddaten dem Mikrocontroller 16 in ebenso vielen Rücklesungen bereitgestellt werden (z. B. können 24 Standarddaten in 24 Rücklesungen bereitgestellt werden). Die nächste Rücklesung (z. B. Rücklesung 25) kann wieder am Anfang anfangen und dann fortfahren. Basierend auf den empfangenen Daten kann der Mikrocontroller 16 Steuerdaten erzeugen, welche die spezifische Zelle C_i identifizieren und den betreffenden Akkumonitor anweisen zu verhindern, dass die spezifische Zelle C_i weiter aufgeladen wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel würden die Vorgänge einer Sequenz wie folgt erfolgen: Ein erstes Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und Ableitungsdaten basierend auf einem ersten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(1,1), das {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 1} umfasst, zum Zeitpunkt t1 bei Empfang eines ersten Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen.
Ein zweites Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und abgeleitete Daten basierend auf einem zweiten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(2,1), das {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 2} umfasst, zum Zeitpunkt t2 bei Empfang eines zweiten Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen.
Ein drittes Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und abgeleitete Daten basierend auf einem dritten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(3,1), das {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 3} umfasst, zum Zeitpunkt t3 bei Empfang eines dritten Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen. Die Vorgänge können fortfahren, bis im Wesentlichen alle Kanäle konvertiert und gelesen wurden. Die nächste Rücklesung kann wieder am Anfang (z. B. Kanal 1) anfangen und dann fortfahren. Somit kann für eine beliebige Konvertierung (z. B. das Konvertierungssignal aus dem Mikrocontroller 16) die Rücklesung einen vollständigen abgeleiteten Datensatz (der z. B. Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung umfasst) und einen Abschnitt der Standarddaten (z. B. Zellenspannung einer spezifischen Zelle), die zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt gemessen werden, umfassen.
Bei einem anderen Beispiel kann gemäß der zweiten Rechenlogikoption ein Abschnitt der Daten, etwa SIGNAL(1,2), an den Mikrocontroller 16 aus den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) über die Verkettungsverbindung in zwei Kanälen, die einen 64-Bit-Rahmen umfassen, übertragen werden, wobei SIGNAL(1,2) eine von {Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung} und ein Element der Standarddaten umfasst. Ein erster Ausgangskanal kann eine von der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung bereitstellen; ein zweiter Ausgangskanal kann ein Element der Standarddaten bereitstellen. Bei jeder Rücklesung kann jeder Kanal auf das nächste verfügbare Datenelement inkrementieren und fortfahren, bis im Wesentlichen alle Standarddaten bereitgestellt wurden. Bei einigen Ausführungsformen können alle drei Optionen (z. B. Standardoption, erste Rechenlogikoption und zweite Rechenlogikoption) in jedem Akkumonitor 12(1) bis 12(N) bereitgestellt werden. Der Mikrocontroller 16 kann Daten gemäß der Standardoption oder der ersten Rechenlogikoption oder der zweiten Rechenlogikoption bereitstellen. Bei anderen Ausführungsformen kann nur die erste Rechenlogikoption oder die zweite Rechenlogikoption in jedem Akkumonitor 12(1) bis 12(N) bereitgestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel würden die Vorgänge in einer Sequenz wie folgt erfolgen: Ein erstes Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und abgeleitete Daten basierend auf einem ersten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(1,2), das {Mindestzellenspannung und Zellenspannung von Zelle 1} umfasst, zum Zeitpunkt t1 bei Empfang eines ersten Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen.
Ein zweites Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und abgeleitete Daten basierend auf einem zweiten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(2,2), das {Höchstzellenspannung und Zellenspannung von Zelle 2} umfasst, zum Zeitpunkt t2 bei Empfang eines zweiten Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen.
Ein drittes Konvertierungssignal kann an den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können im Wesentlichen alle Zellen, Hilfsdaten usw. konvertieren und abgeleitete Daten basierend auf einem dritten gemessenen Datensatz berechnen. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) können SIGNAL(3,2), das {durchschnittliche Zellenspannung und Zellenspannung von Zelle 3} umfasst, zum Zeitpunkt t3 bei Empfang eines drittes Lesesignals aus dem Mikrocontroller 16 zurücklesen. Die Vorgänge können fortfahren, bis im Wesentlichen alle Kanäle konvertiert und gelesen wurden. Die nächste Rücklesung kann wieder am Anfang anfangen (z. B. Kanal 1) und anschließend fortfahren. Somit kann für eine beliebige Konvertierung (z. B. einem Konvertierungssignal aus dem Mikrocontroller 16) das Rücklesen einen teilweisen abgeleiteten Datensatz (der z. B. die Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung oder durchschnittliche Zellenspannung umfasst) und einen Teil der Standarddaten (z. B. die Zellenspannung einer spezifischen Zelle), die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden, umfassen.
Eine On-Chip-Datenvorverarbeitung in den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) gemäß der Ausführungsform des Systems 10 kann die Notwendigkeit aufheben, die Konvertierungsergebnisse bei jeder Konvertierung zu lesen (was beispielsweise ungefähr 100 ms einspart). Die On-Chip-Datenvorverarbeitung kann die Mindestzellenspannung, die Höchstzellenspannung und die durchschnittliche Zellenspannung bereitstellen, wie sie von jedem Akkumonitor 12(1) bis 12(N) überwacht werden. Auf die überwachten Parameter im Wesentlichen aus allen Zellen in Form von Standarddaten kann weniger häufig zugegriffen werden. Die Ausführungsformen des Systems 10 können die Kommunikationslast zwischen dem Mikrocontroller 16 und der Kette von Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) reduzieren.
Bei diversen Ausführungsformen können der Mikrocontroller 16 und der Rest des Akku-Managementsystems Ergebnisse von der Überprüfung aufweisen, die man verwenden kann, um zu bestätigen, dass die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) bei mindestens einer von im Wesentlichen allen Konvertierungen der Standarddaten richtig funktionieren. Beispielsweise kann die Temperatur überwacht werden, und die Zellenspannungen können überprüft werden, um zu bestimmen, ob sie in den Grenzen der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung liegen.
Des Weiteren können andere Variationen das Bereitstellen der angefragten Daten für den Mikrocontroller 16 in drei 64-Bit-Rahmen umfassen, wodurch beispielsweise eine größere Anzahl Kanäle (oder überwachter und abgeleiteter Eigenschaften) zurückgeführt wird und dennoch die Kommunikationsbandbreite und die Datenverarbeitung im Vergleich zum Senden aller Standarddaten reduziert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann eine mögliche Betriebsart zum Lesen vorverarbeiteter Daten einen Schreibbefehl verwenden, um auf die Option zuzugreifen, worauf Lesungen aus anderen Akkumonitoren in der Verkettung folgen. Im weiten Umfang der Ausführungsformen können noch andere Variationen inbegriffen sein.
Mit Bezug auf die Infrastruktur des Systems 10 können die Elemente aus 1 über eine oder mehrere Schnittstellen, die eine beliebige geeignete Verbindung (drahtgebunden oder drahtlos) verwenden, die einen funktionsfähigen Weg für elektronische Kommunikationen bereitstellt, miteinander gekoppelt sein. Zusätzlich kann bzw. können ein oder mehrere dieser Elemente mit der Architektur basierend auf bestimmten Konfigurationsbedürfnissen kombiniert werden oder daraus entnommen werden. Bei diversen Ausführungsformen können die Elemente aus 1 über eine oder mehrere Leiterplatten miteinander gekoppelt sein, die funktionsfähige Wege für elektronische Kommunikation bereitstellen. Bei anderen Ausführungsformen können einige der Elemente (z. B. die Akkumonitore 12(1) bis 12(N)), der Mikrocontroller 16) aus 1 in einem Multi-Chip-Modul, das in einem üblichen elektronischen Gehäuse untergebracht ist, miteinander gekoppelt sein. Bei noch anderen Ausführungsformen können einige der Elemente aus 1 mit dem gleichen Halbleiter-Chip ausgestattet sein (z. B. in einer System-on-Chip-Konfiguration).
Bei diversen Ausführungsformen kann jede Akkugruppe 14(1) bis 14(N) jeweils mehrere (z. B. 12) Lithium-Ionen-(oder äquivalente)Akkuzellen umfassen. Jede Lithium-Ionen-Zelle kann abwechselnde Schichten von Anoden und Kathoden umfassen, die durch eine poröse Folie (Trennelement) getrennt sind. Ein geeigneter Elektrolyt (der z. B. aus einem organischen Lösemittel und aufgelöstem Lithiumsalz besteht) kann das Medium zum Transport der Lithium-Ionen bereitstellen. Jede Zelle kann dadurch aufgebaut werden, dass abwechselnde Schichten von Elektroden gestapelt werden oder lange Streifen von Elektroden zu einer „Biskuitrollen-” Konfiguration oder einer anderen geeigneten Konfiguration gewickelt werden. Die Elektrodenstapel oder -rollen können in Hartschalen eingesetzt werden, die mit Dichtungen abgedichtet werden (wie beispielsweise bei gewöhnlichen handelsüblichen zylindrischen Zellen)), können in Hartschalen lasergeschweißt oder in Folienbeuteln mit heißgeklebten Nähten eingeschlossen werden (gewöhnlich als Lithium-Ionen-Polymerakkus bezeichnet). Verschiedene Sicherheitsmechanismen (z. B. Ladungsunterbrechungsvorrichtungen und Schalter mit positivem Temperaturkoeffizienten) können ebenfalls in jeder Zelle enthalten sein. Die Zellen können innerhalb der Akkugruppen 14(1) bis 14(N) entsprechend in Reihe (und/oder parallel) geschaltet sein.
Die iCoupler 18 kann eine galvanische Trennung bereitstellen, die den Strom daran hindert, zwischen den Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) und dem Mikrocontroller 16 zu fließen, und dabei die Daten ungehindert durchlässt. Die Trennung kann als Schutz vor hohen Spannungen oder Strömen verwendet werden, die durch Netzüberspannungen oder Erdungsschleifen verursacht werden, die in jedem System auftreten können, das mehrere Erdungswege aufweist. Bei einigen Ausführungsformen kann der iCoupler 18 magnetische Koppler umfassen, die auf Transformatoren auf Chip-Ebene basieren. Die Schaltungen auf einer Primärseite des Transformators können eingegebene logische Übergänge in Impulsen von 1 ns codieren, die dann durch den Transformator gekoppelt werden; die Schaltungen auf der Sekundärseite können diese erkennen und das Eingangssignal wiederherstellen. In einem derartigen iCoupler 18 auf Transformatorbasis kann ein optionaler DC/DC-Wandler 20 notwendig sein.
Bei anderen Ausführungsformen kann der iCoupler 18 Optokoppler umfassen, die Leuchtdioden (LED) und andere lichtempfindliche Bauteile umfassen. Der iCoupler 18 kann bei diesen Ausführungsformen eine Quelle (Emitter) von Licht, die ein elektrisches Eingangssignal in Licht konvertiert, einen geschlossenen optischen Kanal und einen Photosensor umfassen, der das ankommende Licht erkennt und entweder elektrische Energie direkt generiert oder den elektrischen Strom moduliert, der aus einer externen Energieversorgung fließt. Der Sensor kann ein Photowiderstand, eine Photodiode, ein Phototransistor, ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR), ein Triac oder ein anderes geeignetes Bauteil sein. Der iCoupler 18 kann die Eingangs- und Ausgangsseiten mit einem Lichtstrahl verbinden, der von dem Eingangsstrom moduliert wird. Der iCoupler 18 kann das Eingangssignal in Licht umwandeln, es über das optische Kabel senden, Licht auf der Ausgangsseite auffangen und es wieder in ein elektrisches Signal umwandeln. Bei diesen Ausführungsformen kann ein DC/DC-Wandler 20 durch den iCoupler verwendet werden, um seine Funktionen auszuführen.
Gemäß diversen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 16 in einem größeren Akku-Managementsystem (nicht gezeigt) enthalten sein und damit über einen CAN-Bus kommunizieren. Das Akku-Managementsystem kann die überwachten Werte des Akkuzustands (wie etwa Spannung, Temperatur usw.) verwenden, um Entscheidungen und Maßnahmen zu treffen, wie etwa einen Akkugenerator aufzufordern, einen oder mehrere Akkus aufzuladen, der bzw. die mit einem Not-Aus-Teilsystem usw. in Verbindung steht bzw. stehen. Die zentralisierte Topologie, die in 1 abgebildet ist, ist rein beispielhaft und ist nicht als Einschränkung gedacht. In der zentralisierten Topologie dient der Mikrocontroller 16 als zentrale Steuerung, die alle Akkumonitore 12(1) bis 12(N) steuert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Topologie eine verteilte Methode umfassen, wobei ein getrennter Mikrocontroller jeden Akkumonitor 12(1) bis 12(N) steuert. Bei noch anderen Ausführungsformen kann eine Modultopologie verwendet werden, die eine Mischung aus einer zentralisierten und einer verteilten Methode umfasst, wobei mehrere Mikrocontroller mehrere der Akkumonitore 12(1) bis 12(N) managen. Die hier beschriebenen Vorgänge können auf verteilte und modulare Topologien im weiten Umfang der Ausführungsformen ausgedehnt werden.
Mit Bezug auf 2 ist 2 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm, das beispielhafte Einzelheiten eines beispielhaften Akkumonitors 12 gemäß einer Ausführungsform des Systems 10 abbildet. Der beispielhafte Akkumonitor 12 umfasst die Eingangsanschlüsse 24(1) bis 24(12), die ausgebildet sind, um Zellenspannungsmessungen von den Zellen C in einer spezifischen Akkugruppe (z. B. der Akkugruppe 14(1)) zu empfangen. Die Hilfsanschlüsse 26(1) bis 26(6) können ausgebildet sein, um Hilfseingaben zu empfangen. Die Eingangsanschlüsse 24(1) bis 24(12) und die Hilfsanschlüsse 26(1) bis 26(2) können mit einem Multiplexer 28 gekoppelt sein, der mit einem ADC 30 in Verbindung steht. Ein Temperatursensor 32 kann ausgebildet sein, um die Temperatur des beispielhaften Akkumonitors 12 zu messen. Ein Referenzblock 34 kann die Referenzspannung in dem beispielhaften Akkumonitor 12 bereitstellen. Ein Taktgeber 36 kann je nach Bedarf einen Takt zur entsprechenden Signalverarbeitung bereitstellen.
Eine Verkettungsschnittstelle 38 kann ausgebildet sein, um Signale von anderen Akkumonitoren zu empfangen, die mit dem beispielhaften Akkumonitor 12 in der Verkettung gekoppelt sind. Die Verkettungsschnittstelle 38 kann es dem beispielhaften Akkumonitor 12 ermöglichen, mit Akkumonitoren unmittelbar darüber und darunter in Verbindung zu stehen. Die Verkettungsschnittstelle 38 kann es dem beispielhaften Akkumonitor 12 ermöglichen, elektrisch an den Mikrocontroller 16 angeschlossen zu sein, ohne die Notwendigkeit einzelner Trennvorrichtungen zwischen den jeweiligen Akkumonitoren. Eine Zellenausgleichs-Schnittstelle 40 kann ausgebildet sein, um das Entladen einzelner Zellen je nach Bedarf zu steuern. Ein Regler 42 (z. B. ein linearer Differenzialausgangs-(LDO)Regler) kann die Spannungsregelung an dem beispielhaften Akkumonitor 12 ermöglichen. Ein Steuerlogik-/Selbsttest-Modul 44 kann ausgebildet sein, um die Vorgänge des ADC 30 je nach Bedarf zu ermöglichen. Das Steuerlogik-/Selbsttest-Modul 44 kann verwendet werden, um (unter anderen Funktionen) den ADC-Ausgangscode zu generieren. Der Ausgangscode kann in geeigneten Datenregistern 46 für die Eingabe aus dem Multiplexer 28, die von dem ADC 30 konvertiert wurde, gespeichert werden.
Eine Konvertierung der Eingaben, die an den Eingangsanschlüssen 24(1) bis 24(12) und den Hilfsanschlüssen 26(1) bis 26(6) empfangen werden, kann an dem beispielhaften Akkumonitor 12 unter Verwendung eines geeigneten Eingangsbefehls aus dem Mikrocontroller 16 eingeleitet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Zellenspannung jeder einzelnen Zelle durch Konvertieren der Differenz zwischen den angrenzenden analogen Eingängen 24(1) bis 24(12) und 26(1) bis 26(6) gemessen werden. Am Ende der ersten Konvertierung kann der beispielhafte Akkumonitor 12 ein internes Signal Konvertierungsende (EOC) generieren. Das interne EOC-Signal wählt die nächsten Zellenspannungseingaben zur Messung durch den Multiplexer 28, und so weiter, bis alle ausgewählten Spannungs- und Hilfs-ADC-Eingaben konvertiert wurden.
Bei diversen Ausführungsformen kann der Multiplexer 28 einen Hochspannungseingabe-Multiplexer und einen Niederspannungseingabe-Multiplexer umfassen. Der Hochspannungs-Multiplexer kann die Messung mehrerer (z. B. 12) in Reihe geschalteter Zellen ermöglichen. Der Niederspannungs-Multiplexer kann sechs asymmetrische ADC-Eingaben umfassen, die in Kombination mit externen Thermistoren verwendet werden können, um die Temperatur jeder Zelle zu messen. Die Hilfseingaben, die an den Hilfsanschlüssen 26(1) bis 26(6) überwacht werden, können auch für eine externe Diagnose in der Anwendung verwendet werden.
Die Rechenlogik 50 kann eine oder mehrere der Optionen 52(1) (Option 0), 52(2) (Option 1) und 52(3) (Option 2) umfassen. Eine größere oder kleinere Anzahl von Optionen kann im weiten Umfang der Ausführungsformen bereitgestellt werden. Die Option 52(1) kann eine Standardoption sein, wobei dem Mikrocontroller 16 im Wesentlichen alle Standarddaten bereitgestellt werden können. Bei einigen Ausführungsformen können die Standarddaten 24 überwachte und abgeleitete Eigenschaften umfassen, einschließlich: 12 Zellenspannungen, 6 Hilfseingaben, Stapelspannung, V_REF, V_REGIN, V_REGOUT, V_REFBUF und Temperatur des beispielhaften Akkumonitors 12. Die 24 Standarddaten können dem Mikrocontroller 16 auf 24 Kanälen in einer einzigen Rücklesung gemäß Option 52(1) bereitgestellt werden.
Die Option 52(2) kann die erste Rechenlogikoption sein, wobei dem Mikrocontroller 16 die Mindestzellenspannung, die Höchstzellenspannung, die durchschnittliche Zellenspannung und ein Element von 24 Standarddaten bereitgestellt werden, so dass das eine Element von 24 Standarddaten bei jeder Rücklesung sequenziell inkrementiert wird, bis alle 24 Standarddaten dem Mikrocontroller 16 in 24 Rücklesungen bereitgestellt wurden. Die Option 52(3) kann die zweite Rechenlogikoption sein, wobei die Ausgaben dem Mikrocontroller 16 auf zwei Kanälen bereitgestellt werden, wobei einer der beiden Kanäle sequenziell in aufeinanderfolgenden Rücklesungen zwischen Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung und durchschnittlicher Zellenspannung umschaltet; und der andere der beiden Kanäle sequenziell in aufeinanderfolgenden Rücklesungen zwischen den 24 Standarddaten umschaltet.
Gemäß diversen Ausführungsformen kann die Rechenlogik 50 Berechnungen an überwachten Eigenschaften ausführen, die in Datenregistern 46 gespeichert werden, um beispielsweise die Mindestzellenspannung, die Höchstzellenspannung und die durchschnittliche Zellenspannung zu berechnen (zusätzlich zur Berechnung der Stapelspannung und anderen abgeleiteten Eigenschaften). Die Rechenlogik 50 kann geeignete überwachte und abgeleitete Eigenschaften berechnen, um sie dem Mikrocontroller über eine SPI-Schnittstelle 48 gemäß der ausgewählten Option 52(1) bis 52(3) bereitzustellen. Bei diversen Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 16 eine der Optionen 52(1) bis 52(3) in seinem Befehl an den beispielhaften Akkumonitor 12 vorgeben.
In einer Versuchseinrichtung mit dem beispielhaften Akkumonitor 12, ergab ein Schreibvorgang zum Zugreifen auf die angefragte Option 52(2), gefolgt von Lesevorgängen aus den Datenregistern 46, eine Dauer von 1,6 ms auf 500 kHz fsclk im Vergleich zu 576 μs auf 500 kHz fsclk für Option 52(1) (d. h. die Standardoption) für 1 Register, das aus 8 Akkumonitoren in der Verkettung gelesen wurde, oder 1,728 ms auf 500 kHz fsclk für 3 Register, die aus 8 Akkumonitoren in der Verkettung gelesen wurden. Die Option 52(2) reduzierte die Rücklesezeit um 128 μs. Wenn eine größere Anzahl vorverarbeiteter Daten verfügbar ist, dann kann die Effizienz im Vergleich zu einer standardmäßigen Registerrücklesung, bei der nur die überwachten Eigenschaften geschrieben und zurückgelesen werden, ohne zusätzliche Berechnung, weiter verbessert werden.
Mit Bezug auf 3 ist 3 ein vereinfachtes Blockschaltdiagramm, das beispielhafte Einzelheiten einer anderen Ausführungsform des Systems 10 abbildet. Der beispielhafte Akkumonitor 12, der in der Figur abgebildet ist, umfasst einen sekundären Satz Bauteile, um Redundanz- und Betriebssicherheitsoptionen im Falle des Versagens eines primären Satz Bauteile bereitzustellen. Beispielsweise kann der beispielhafte Akkumonitor 12 primäre Eingangsanschlüsse 24A und sekundäre Eingangsanschlüsse 24B; primäre Hilfsanschlüsse 26A und sekundäre Hilfsanschlüsse 26B; einen primären Multiplexer 28A und einen sekundären Multiplexer 28B; einen primären ADC 30A und einen sekundären ADC 30B; einen primären Referenzblock 34A und einen sekundären Referenzblock 34B; einen primären Taktgeber 36A und einen sekundären Taktgeber 36B; primäre Datenregister 46A und sekundäre Datenregister 46B; und so weiter umfassen. Die Rechenlogik 50 kann sowohl mit den primären als auch mit den sekundären Wegen gekoppelt sein, um die hier beschriebenen Vorgänge auszuführen. Beispielsweise kann die Rechenlogik 50 Daten aus den primären Datenregistern 46A lesen, wenn der primäre Weg aktiv ist; die Rechenlogik 50 kann Daten aus den sekundären Datenregistern 46B lesen, wenn der sekundäre Weg aktiv ist.
Mit Bezug auf 4 ist 4 ein vereinfachtes Diagramm, das beispielhafte Einzelheiten von Daten abbildet, die dem Mikrocontroller 16 gemäß der ersten Rechenlogikoption in einer Ausführungsform des Systems 10 bereitgestellt werden. In der Tabelle 60 steht K für die Anzahl der Rücklesungen; C_K steht für die berechneten Werte der Mindestzellenspannung (MIN), der Höchstzellenspannung (MAX) und der durchschnittlichen Zellenspannung (AVERAGE); und SIGNAL steht für ein Element der 24 Standarddaten (z. B. die Spannung von Zelle 1 (CELL1), die Spannung von Zelle 2 (CELL2), ... die Spannung von Zelle 12 (CELL12), die Stapelspannungen (CELL1 + CELL2 + ... + CELL12), die Hilfseingabe 1 (AUX1), ... die Hilfseingabe 6 (AUX6), V_REG (VREG), die Temperatur des Temperatursensors (TEMP SENSOR)). In der Rücklesung 1 (K = 1) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, alle drei Werte C_K von MIN, MAX und AVERAGE und einen ersten Wert von SIGNAL, nämlich CELL1.
In der Rücklesung 2 (K = 2) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, alle drei Werte C_K von MIN, MAX und AVERAGE, und den nächsten Wert von SIGNAL, nämlich CELL2. In der nächsten aufeinanderfolgenden Rücklesung 3 (K = 3) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, alle drei Werte C_K von MIN, MAX und AVERAGE und den nächsten Wert von SIGNAL, nämlich CELL3, und so weiter, bis in der 24. Rücklesung die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, alle drei Werte C_K von MIN, MAX und AVERAGE und den letzten Wert von SIGNAL, nämlich TEMP SENSOR, umfassen. In der nächsten Rücklesung kann K auf 1 zurückgesetzt werden, und die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, können sich entsprechend wiederholen. Bei der Ausführungsform, die in 4 beschrieben wird, gibt es 24 Werte SIGNAL (die 24 Standarddaten darstellen), die sich nach 24 Rücklesungen wiederholen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Wiederholung der Anzahl von SIGNAL in den Standarddaten folgen. Beispielsweise können dem Mikrocontroller 16 12 Werte SIGNAL in ebenso vielen Rücklesungen bereitgestellt werden.
Mit Bezug auf 5 ist 5 ein vereinfachtes Diagramm, das beispielhafte Einzelheiten der Ausgaben abbildet, die dem Mikrocontroller 16 gemäß der ersten Rechenlogikoption in einer Ausführungsform des Systems 10 bereitgestellt werden. In der Tabelle 62 steht K für die Anzahl der Rücklesungen; C_K steht für die berechneten Werte der Mindestzellenspannung (MIN), der Höchstzellenspannung (MAX) und der durchschnittlichen Zellenspannung (AVERAGE); und SIGNAL steht für die Standarddaten (z. B. die Spannung von Zelle 1 (CELL1), die Spannung von Zelle 2 (CELL2), ... die Spannung von Zelle 12 (CELL12), die Stapelspannungen (CELL1 + CELL2 + ... + CELL12), die Hilfseingabe 1 (AUX1), ... die Hilfseingabe 6 (AUX6), die geregelte Spannung (VREG), die Temperatur des Temperatursensors (TEMP SENSOR)). In der Rücklesung 1 (K = 1) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, einen ersten Wert C_K von MIN und einen ersten Wert von SIGNAL, nämlich CELL1.
In der Rücklesung 2 (K = 2) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, den nächsten Wert C_K von MAX und den nächsten Wert von SIGNAL, nämlich CELL2. In der nächsten aufeinanderfolgenden Rücklesung 3 (K = 3) umfassen die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, die nächsten Werte C_K von AVERAGE und den nächsten Wert von SIGNAL, nämlich CELL3, und so weiter, bis in der 24. Rücklesung die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, den letzten Wert C_K von AVERAGE, und den letzten Wert von SIGNAL, nämlich TEMP SENSOR, umfassen. In der nächsten Rücklesung kann K auf 1 zurückgesetzt werden, und die Daten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden, können sich entsprechend wiederholen. Gemäß der Ausführungsform, da es 3 Werte C_K (MIN, MAX und AVERAGE) gibt, wiederholen sich die Werte C_K alle 3 Rücklesungen (z. B. in der Rücklesung 4, Rücklesung 7 usw.); da es 24 Werte SIGNAL gibt, wiederholen sich die Werte SIGNAL alle 24 Rücklesungen. Andererseits können dem Mikrocontroller 16 12 (oder 30 oder eine beliebige andere Anzahl von) Werte SIGNAL in ebenso vielen Rücklesungen bereitgestellt werden.
Mit Bezug auf 6 ist 6 ein vereinfachtes Ablaufschema, das beispielhafte Vorgänge abbildet, die mit einer Ausführungsform des Systems 10 verknüpft sein können. Die Vorgänge 100 umfassen den Vorgang 102, bei dem eine Anfrage für Daten an dem beispielhaften Akkumonitor 12 aus dem Mikrocontroller 16 empfangen werden kann. Die Anfrage kann eine Rechenlogikoption (z. B. Option 0, Option 1, Option 2 usw.) für die angefragten Daten vorgeben. In Vorgang 104 kann der Akkumonitor 12 die angefragte Rechenlogikoption in der Anfrage bestimmen. In Vorgang 106 kann der Akkumonitor 12 Messungen und andere Signale empfangen, welche die überwachten Eigenschaften auf allen geeigneten Kanälen darstellen (z. B. Eingangsanschlüsse 24(1) bis 24(12); Hilfsanschlüsse 26(1) bis 26(6), Temperatur usw.).
In Vorgang 108 kann der Akkumonitor 12 Berechnungen gemäß der angefragten Option ausführen. Die Berechnungen können das Berechnen der abgeleiteter Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften, das Bestimmen der Standarddaten, die dem Mikrocontroller 16 bereitgestellt werden sollen, und das Unterteilen der Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten umfassen. In einem Ausführungsbeispiel kann jeder Abschnitt ein Element der Standarddaten umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Berechnen der abgeleiteten Eigenschaften gemäß der angefragten Option erfolgen. Falls beispielsweise die angefragte Option die erste Rechenlogikoption ist, können die berechneten abgeleiteten Eigenschaften die Werte C_K und SIGNAL gemäß der Tabelle 60 umfassen. Falls andererseits die angefragte Option die zweite Rechenlogikoption ist, können die berechneten abgeleiteten Eigenschaften die Werte C_K und SIGNAL gemäß der Tabelle 62 umfassen. Bei anderen Ausführungsformen können im Wesentlichen alle abgeleiteten Eigenschaften, die von den überwachten Eigenschaften abgeleitet werden können, berechnet werden. Die Bestimmung der Standarddaten kann bei einigen Ausführungsformen gemäß vorbestimmten Konfigurationen erfolgen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Bestimmung der Standarddaten in der Anfrage aus dem Mikrocontroller 16 vorgegeben sein.
In Vorgang 110 kann ein Abschnitt der angefragten Daten an den Mikrocontroller 16 gesendet werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die Berechnung in Vorgang 108 gemäß der Option erfolgt, können die Daten, die an den Mikrocontroller 16 gesendet werden, im Wesentlichen alle Eigenschaften, die in Vorgang 108 berechnet werden, zusammen mit den überwachten Eigenschaften gemäß der Option umfassen. Beispielsweise kann die Berechnung in Vorgang 108 gemäß der ersten Option das Berechnen der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung umfassen. Die abgeleiteten Parameter, welche die Mindestzellenspannung, die Höchstzellenspannung und die durchschnittliche Zellenspannung umfassen, können zusammen mit einem Abschnitt der Standarddaten in Vorgang 110 gesendet werden. Bei einem anderen Beispiel kann die Berechnung in Vorgang 108 gemäß der zweiten Option das Berechnen der Mindestzellenspannung bei einer ersten Anfrage umfassen. Die Mindestzellenspannung kann zusammen mit einem Abschnitt der Standarddaten in Vorgang 110 gesendet werden. Bei der nächsten Rücklesung kann die Berechnung in Vorgang 108 das Berechnen der Höchstzellenspannung umfassen, die mit einem anderen Abschnitt der Standarddaten in Vorgang 110 gesendet werden kann, und so weiter.
Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Berechnung in Vorgang 108 nicht gemäß der Option erfolgt, können die Daten, die dem Mikrocontroller 16 gesendet werden, aus den berechneten Eigenschaften und den überwachten Eigenschaften gemäß der Option gewählt werden. Beispielsweise kann die Berechnung in Vorgang 108 gemäß der zweiten Option das Berechnen der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung umfassen. Die abgeleiteten Parameter, die nur die Mindestzellenspannung umfassen, können zusammen mit einem Abschnitt der Standarddaten in Vorgang 110 bei der ersten Rücklesung gesendet werden. Bei der nächsten Rücklesung kann die Höchstzellenspannung aus der berechneten Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung ausgewählt werden und in Vorgang 110 an den Mikrocontroller 16 gesendet werden, und so weiter. Bei einigen Ausführungsformen können die Ausgaben aus einem oder mehreren Akkumonitoren 12(1) bis 12(N) dem Mikrocontroller 16 über die Verkettungsverbindungen bereitgestellt werden.
Mit Bezug auf 6 ist 6 ein vereinfachtes Ablaufschema, das andere beispielhafte Vorgänge abbildet, die mit einer Ausführungsform des Systems 10 verknüpft sein können. Die Vorgänge 120 umfassen einen Vorgang 122, bei dem ein Wert von K auf 1 gesetzt oder zurückgesetzt werden kann. In Vorgang 124 kann eine Anfrage für die Daten an dem beispielhaften Akkumonitor 12 empfangen werden. In Vorgang 126 kann der Akkumonitor 12 Messungen und andere Signale, die überwachte Eigenschaften darstellen, auf allen geeigneten Kanälen (z. B. Eingangsanschlüsse 24(1) bis 24(12); Hilfsanschlüsse 26(1) bis 26(6), Temperatur usw.) empfangen. In Vorgang 128 kann der Akkumonitor 12 die Werte C_K der empfangenen Signale berechnen. Falls die erste Rechenlogikoption durch den Mikrocontroller 16 angefragt wird, werden die Werte C_K gemäß der Tabelle 60 berechnet; falls die zweite Rechenlogikoption durch den Mikrocontroller 16 angefragt wird, werden die Werte C_K gemäß der Tabelle 62 berechnet. In Vorgang 130 können die Werte C_K und SIGNAL (je nach Bedarf gemäß der Tabelle 60 oder 62) an den Mikrocontroller 16 gesendet werden. In Vorgang 132 kann der Wert von K um 1 inkrementiert werden. In Vorgang 134 kann bestimmt werden, ob K größer als 25 ist. Falls nicht, kehren die Vorgänge zu Vorgang 124 zurück und wiederholen sich, bis K 25 erreicht. Wenn K 25 erreicht hat, kann K in Vorgang 122 auf 1 gesetzt werden, und die Vorgänge können sich anschließend wiederholen.
Bei den obigen Besprechungen der Ausführungsformen können Kondensatoren, Taktgeber, Frequenzteiler, Induktoren, Widerstände, Verstärker, Schalter, digital Kerne, Transistoren und/oder andere Bauteile ohne Weiteres ersetzt, ausgetauscht oder anderweitig geändert werden, um bestimmten Schaltungsbedürfnissen gerecht zu werden. Des Weiteren sei zu beachten, dass die Verwendung von ergänzenden elektronischen Vorrichtungen, von Hardware, von Software usw. eine ebenso funktionsfähige Option zum Umsetzen der Lehren der vorliegenden Offenbarung bietet.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) und der Mikrocontroller 16 der Figuren mit einer Hauptplatine einer dazugehörigen elektronischen Vorrichtung gekoppelt. Die Hauptplatine kann eine allgemeine Leiterplatte sein, die diverse Bauteile des internen elektronischen Systems der elektronischen Vorrichtung enthalten kann und ferner Verbindungsteile für andere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Genauer gesagt kann die Hauptplatine die elektrischen Verbindungen bereitstellen, über welche die anderen Bauteile des Systems in Verbindung stehen können. Beliebige geeignete Prozessoren (einschließlich digitale Signalprozessoren, Mikroprozessoren, unterstützende Chip-Sets usw.), Speicherelemente usw., können basierend auf bestimmten Konfigurationsbedürfnissen, Verarbeitungsanforderungen, Computermodellen usw. geeignet mit der Hauptplatine gekoppelt sein. Andere Bauteile, wie etwa eine externe Speicherung, Controller für Videoanzeige, Ton und Peripheriegeräte, können an der Hauptplatine als Einsteckkarten, über Kabel oder in die Hauptplatine selber integriert angebracht werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) und der Mikrocontroller 16 der Figuren in selbstständigen Modulen eingegliedert sein (z. B. in einer Vorrichtung mit dazugehörigen Bauteilen und Schaltungen, die ausgebildet ist, um eine spezifische Anwendung oder Funktion auszuführen) oder können als Einsteckmodule in die anwendungsspezifische Hardware der elektronischen Vorrichtungen integriert sein. Es sei zu beachten, dass bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne Weiteres ein Gehäuse einer Zentraleinheit (CPU) mit System-on-Chip (SOC) umfassen können. Ein SOC ist eine integrierte Schaltung (IC), die Bauteile eines Computers oder eines anderen elektronischen Systems in einen einzigen Chip integriert. Es kann digitale, analoge, Mischsignal- und häufig Hochfrequenz-Funktionen umfassen: alle können auf einem einzigen Chip-Substrat bereitgestellt werden. Andere Ausführungsformen können ein Multi-Chip-Modul (MCM) umfassen, mit einer Vielzahl von Chips, die sich in einem einzigen elektronischen Gehäuse befinden und ausgebildet sind, um anhand des elektronischen Gehäuses eng miteinander zu interagieren. Bei diversen anderen Ausführungsformen können die digitalen Signalverarbeitungsfunktionen in einem oder mehreren Siliziumkernen in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), anwenderprogrammierbaren logischen Anordnungen (FPGA) und anderen Halbleiter-Chips umgesetzt werden.
Es ist ebenfalls unbedingt zu beachten, dass alle hier angesprochenen Spezifikationen, Dimensionen und Beziehungen (z. B. die Anzahl der Prozessoren und Speicherelemente, der logischen Vorgänge usw.) rein beispielhaft und nur zur Belehrung angeboten wurden. Diese Informationen können erheblich geändert werden, ohne den Geist der vorliegenden Offenbarung oder den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu verlassen. Die Spezifikationen gelten nur für ein nicht einschränkendes Beispiel und sind demnach als solches anzusehen. In der vorstehenden Beschreibung wurden beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf bestimmte Prozessor- und/oder Bauteilanordnungen beschrieben. Diverse Modifikationen und Änderungen können an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu verlassen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind demnach als erläuternd und nicht als einschränkend anzusehen.
Es sei zu beachten, dass die zuvor mit Bezug auf die Figuren besprochenen Aktivitäten auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar sind, die eine Signalverarbeitung betreffen, zum Beispiel auf solche, die auf Synchronisationssignalen beruhen, um spezielle Software-Programme oder Algorithmen auszuführen, von denen einige mit dem Verarbeiten digitalisierter Echtzeitdaten verknüpft sein können. Bestimmte Ausführungsformen können die Signalverarbeitung mit mehreren DSP, die Fließkomma-Verarbeitung, die Signal/Steuerverarbeitung, die Festfunktionsverarbeitung, Mikrocontroller-Anwendungen usw. betreffen. In bestimmten Zusammenhängen können die hier besprochenen Merkmale auf medizinische Systeme, wissenschaftliche Instrumente, drahtlose und drahtgebundene Kommunikationen, Radar, Industrieprozesssteuerung, Audio- und Videogeräte, Stromabtastung, Instrumente (die höchst präzise sein können) und andere Systeme, die auf digitaler Verarbeitung basieren, anwendbar sein.
Des Weiteren können bestimmte zuvor besprochene Ausführungsformen bei digitalen Signalverarbeitungstechnologien für die medizinische Bildgebung, Patientenüberwachung, medizinische Instrumente und häusliche Krankenpflege bereitgestellt werden. Dazu könnten Lungenmonitore, Beschleunigungsmesser, Herzfrequenzmonitore, Vorgangmacher usw. gehören. Andere Anwendungen können Automobiltechnologien für Sicherheitssysteme (z. B. Stabilitätskontrollsysteme, Fahrerunterstützungssysteme, Bremssysteme, Infotainment und jede Art von Innenraumanwendungen) betreffen. Ferner können Triebstrangsysteme (beispielsweise bei hybriden und elektrischen Fahrzeugen) die hier beschriebenen Funktionalitäten in hochpräzisen Datenumwandlungsprodukten bei der Akkuüberwachung, Steuersystemen, Berichterstattungskontrollen, Wartungstätigkeiten usw. anwenden.
Bei noch anderen beispielhaften Szenarien können die Lehren der vorliegenden Offenbarung in industriellen Bereichen anwendbar sein, die Prozesssteuerungssysteme umfassen, die zur Steigerung der Produktivität, der Energieeffizienz und der Zuverlässigkeit beitragen. Bei Verbraucheranwendungen können die Lehren der zuvor besprochenen elektrischen Schaltungen zur Bildverarbeitung, zur automatischen Scharfeinstellung und zur Bildstabilisierung (z. B. für Digitalkameras, Camcorder usw.) verwendet werden. Andere Verbraucheranwendungen können Audio- und Videoprozessoren für Heimkinoanlagen, DVD-Recorder und hochauflösende Fernsehgeräte umfassen. Noch andere Verbraucheranwendungen können fortgeschrittene Tastbildschirm-Controller betreffen (z. B. für jede beliebige Art von tragbaren Medienvorrichtungen). Daher könnten diese Technologien ohne Weiteres zu Smartphones, Tablet-Computern, Sicherheitssystemen, PCs, Gaming-Technologien, virtueller Realität, Simulationstraining usw. gehören.
Bei den beispielhaften Ausführungsformen können mindestens einige Teile der hier angesprochenen Tätigkeiten als Software umgesetzt werden (z. B. in einem nicht vorübergehenden Medium bereitgestellt werden, um die hier besprochenen Tätigkeiten auszuführen). Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere dieser Merkmale, die als Hardware umgesetzt werden, außerhalb dieser Elemente oder auf beliebige geeignete Art und Weise zusammengelegt, um die beabsichtigte Funktionalität zu erreichen, bereitgestellt werden. Die Akkumonitore 12(1) bis 12(N) und der Mikrocontroller 16 können Software (oder wechselseitige Software) umfassen, welche die Koordination übernehmen kann, um die hier angesprochenen Vorgänge zu erreichen. Bei einigen Ausführungsformen können diese Elemente beliebige geeignete Algorithmen, Hardware, Software, Bauteile, Module, Logikgatter, integrierte Schaltungen, Schnittstellen oder Objekte, die ihren Betrieb ermöglichen, umfassen.
Ferner können die hier beschriebenen und gezeigten Bauteile auch geeignete Schnittstellen zum Empfangen, Senden und/oder anderweitigen Mitteilen von Daten umfassen. Zusätzlich können einige der Prozessoren und Speicherelemente, die mit den diversen elektronischen Elementen verknüpft sind, entfernt werden oder anderweitig zusammengelegt werden, so dass ein einziger Prozessor und eine einzige Speicherstelle für bestimmte Tätigkeiten verantwortlich sind. Ganz allgemein können die Anordnungen, die in den Figuren abgebildet sind, in ihren Darstellungen eher logisch sein, wohingegen der physische Aufbau diverse Umstellungen, Kombinationen und/oder Mischformen dieser Elemente umfassen kann. Es sei unbedingt zu beachten, dass zahllose mögliche Auslegungskonfigurationen verwendet werden können, um die hier angesprochenen Betriebsziele zu erreichen. Entsprechend weist die dazugehörige Infrastruktur unzählige Ersatzanordnungen, Konstruktionsoptionen, Vorrichtungsmöglichkeiten, Hardware-Konfigurationen, Software-Umsetzungen, Geräteoptionen usw. auf.
Bei den beispielhaften Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere Speicherelemente (z. B. die Datenregister 46) Daten speichern, die für die hier beschriebenen Vorgänge verwendet werden. Dazu gehört die Tatsache, dass der Speicher in der Lage ist, Anweisungen zu speichern (z. B. Software, Logik, Code usw.), die ausgeführt werden, um die Tätigkeiten durchzuführen, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben werden. Ein Prozessor kann eine beliebige Art von Anweisungen ausführen, die mit den Daten verknüpft ist, um die in der vorliegenden Beschreibung aufgeführten Vorgänge zu erreichen. Bei einem Beispiel könnte(n) ein oder mehrere Prozessoren (der bzw. die z. B. mit dem Akkumonitor 12 oder dem Mikrocontroller 16 verknüpft ist bzw. sind) ein Element oder einen Artikel (z. B. Daten) von einem Zustand oder Objekt in einen anderen Zustand oder ein anderes Objekt umwandeln. Bei einem anderen Beispiel können die hier angesprochenen Tätigkeiten mit fester Logik oder programmierbarer Logik umgesetzt werden (z. B. durch Software-/Computer-Anweisungen, die von einem Prozessor ausgeführt werden), und die hier identifizierten Elemente könnten eine Art von einem programmierbaren Prozessor, einer programmierbaren digitalen Logik (z. B. einer anwenderprogrammierbaren logischen Anordnung (FPGA)), eines löschbaren programmierbaren Festspeichers (EPROM), EEPROM), einer ASIC, die eine digitale Logik umfasst, Software, Code, elektronischen Anweisungen, Flash-Speicher, optischen Speicherplatten, CD-ROM, DVD-ROM, magnetischen oder optischen Karten, anderen Arten von maschinenlesbaren Medien, die zum Speichern von elektronischen Anweisungen geeignet sind, oder eine beliebige geeignete Kombination davon sein.
Die Bauteile des Systems 10 können ferner Informationen in einer beliebigen geeigneten Speicherart (z. B. Arbeitsspeicher (RAM), Festspeicher (ROM), FPGA, EPROM, EEPROM usw.), Software, Hardware oder in einem beliebigen anderen geeigneten Bauteil, einer Vorrichtung, einem Element oder einem Objekt, je nach Bedarf und basierend auf bestimmten Bedürfnissen behalten. Die Informationen, die in dem System 10 verfolgt, gesendet, empfangen oder gespeichert werden, könnten in einer beliebigen Datenbank, einem Register, einer Tabelle, einem Zwischenspeicher, einer Warteschlange, einer Steuerliste oder einer Speicherstruktur basierend auf bestimmten Bedürfnissen und Umsetzungen, die alle in einem beliebigen geeigneten Zeitrahmen referenziert werden könnten, bereitgestellt werden. Alle hier besprochenen Speicherbelegungen sind als in dem weitgefassten Begriff „Speicherelement” inbegriffen auszulegen. Ähnlich sind alle eventuellen Verarbeitungselemente, Module und Maschinen, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben werden, als in dem weitgefassten Begriff „Prozessor” inbegriffen auszulegen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung elektrische Architekturen mit Bezug auf einen Mikroprozessor beschreibt, zieht die vorliegende Offenbarung die elektrischen Architekturen, die hier beschrieben werden, zur Verwendung in einem beliebigen Prozessor in Betracht, der parallele Vorgänge ausführen kann, einschließlich eines digitalen Signalprozessors, eines Mikrocontrollers, eines Universalcomputers oder eines beliebigen anderen Prozessors, der parallele Vorgänge ausführen kann. Eine Computer-Programmlogik, welche die hier beschriebene Funktionalität insgesamt oder teilweise umsetzt, ist in diversen Formen ausgebildet, einschließlich ohne Einschränkung in Quellcodeform, in computerausführbarer Form und in diversen Zwischenformen (beispielsweise Formen, die von einem Assembler, Kompilierer, Programmbinder oder Positionsanzeiger generiert werden). Bei einem Beispiel umfasst der Quellcode eine Reihe von Computer-Programmanweisungen, die in diversen Programmiersprachen umgesetzt sind, wie etwa als Objekt-Code, Assemblersprache oder als höhere Sprache, wie etwa Fortran, C, C++, JAVA, oder HTML) zur Verwendung mit diversen Betriebssystemen oder Betriebsumgebungen. Der Quellcode kann diverse Datenstrukturen und Kommunikationsnachrichten definieren und verwenden. Der Quellcode kann in einer computerausführbaren Form vorliegen (z. B. anhand eines Interpretierprogramms), oder der Quellcode kann (z. B. anhand eines Übersetzers, eines Assemblers oder eines Kompilierers) in eine computerausführbare Form konvertiert werden.
Das Computerprogramm kann in einer beliebigen Form (z. B. in Quellcodeform, in computerausführbarer Form oder in einer Zwischenform) entweder dauerhaft oder nicht vorübergehend in einem materiellen Speichermedium, wie etwa in einer Halbleiterspeichervorrichtung (z. B. einem RAM, ROM, PROM, EEPROM oder programmierbaren Flash-RAM), einer magnetischen Speichervorrichtung (z. B. einer Diskette oder Festplatte), einer optischen Speichervorrichtung (z. B. einer CD-ROM), einer PC-Karte (z. B. einer PCMCIA-Karte) oder einer anderen Speichervorrichtung festgelegt sein. Das Computerprogramm kann in einer beliebigen Form in einem Signal, das an einen Computer unter Verwendung von diversen Kommunikationstechnologien, einschließlich ohne Einschränkung von analogen Technologien, digitalen Technologien, optischen Technologien, drahtlosen Technologien (z. B. Bluetooth), Netzwerktechnologien und Vernetzungstechnologien, übertragbar ist, festgelegt sein. Das Computerprogramm kann in einer beliebigen Form als Wechselspeichermedium mit beiliegenden gedruckten oder elektronischen Unterlagen (z. B. als schrumpffolienverpackte Software) verteilt werden, auf einem Computersystem (z. B. im System-ROM oder auf der Festplatte) vorinstalliert sein oder von einem Server oder einer Mailbox über das Kommunikationssystem (z. B. Internet oder World Wide Web) verteilt werden.
Die Hardware-Logik (einschließlich einer programmierbaren Logik zur Verwendung mit einer programmierbaren Logikvorrichtung), welche die hier zuvor beschriebene Funktionalität insgesamt oder teilweise umsetzt, kann unter Verwendung herkömmlicher manueller Verfahren ausgelegt werden oder kann unter Verwendung diverser Hilfsmittel, wie etwa rechnerunterstützter Konstruktion (CAD), einer Hardware-Beschreibungssprache (z. B. VHDL oder AHDL) oder einer PLD-Programmiersprache (z. B. PALASM, ABEL oder CUPL) elektronisch ausgelegt, erfasst, simuliert oder dokumentiert werden. Die programmierbare Logik kann entweder dauerhaft oder nicht vorübergehend in einem materiellen Speichermedium, wie etwa in einer Halbleiter-Speichervorrichtung (z. B. in einem RAM, ROM, PROM, EEPROM oder einem programmierbaren Flash-RAM), einer magnetischen Speichervorrichtung (z. B. einer Diskette oder einer Festplatte), einer optischen Speichervorrichtung (z. B. einer CD-ROM) oder einer anderen Speichervorrichtung festgelegt sein. Die programmierbare Logik kann in einem Signal, das unter Verwendung beliebiger diverser Kommunikationstechnologien, einschließlich jedoch ohne jegliche Einschränkung analoger Technologien, digitaler Technologien, optischer Technologien, drahtloser Technologien (z. B. Bluetooth), Netzwerktechnologien und Vernetzungstechnologien an einen Computer übertragbar ist, festgelegt sein. Die programmierbare Logik kann als Wechselspeichermedium mit beiliegenden gedruckten oder elektronischen Unterlagen (z. B. als schrumpffolienverpackte Software) verteilt werden, auf einem Computersystem vorinstalliert (z. B. im System-ROM oder auf der Festplatte) sein oder von einem Server oder einer Mailbox über das Kommunikationssystem verteilt (z. B. Internet oder World Wide Web) verteilt werden. Natürlich können einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als Kombination aus sowohl Software (z. B. als Computerprogrammprodukt) als auch Hardware umgesetzt werden. Noch andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden vollständig als Hardware oder vollständig als Software umgesetzt.
Es sei zu beachten, dass mit den zahlreichen Beispielen, die hier bereitgestellt werden, eine Interaktion im Sinne von zwei, drei, vier oder mehreren elektronischen Elementen beschrieben werden kann. Dies erfolgte jedoch der Übersichtlichkeit halber und rein beispielhaft. Es versteht sich, dass das System auf beliebige geeignete Art und Weise zusammengestellt werden kann. Im Rahmen ähnlicher Konstruktionsalternativen können beliebige der abgebildeten Bauteile, Module, Vorrichtungen und Elemente der Figuren in diversen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die alle klar im weiten Umfang der vorliegenden Beschreibung liegen. In manchen Fällen kann es einfacher sein, eine oder mehrere der Funktionalitäten eines bestimmten Satzes von Abläufen zu beschreiben, indem nur auf eine begrenzte Anzahl elektronischer Elemente Bezug genommen wird. Es versteht sich, dass das Kommunikationssystem 10 der Figuren und seine Lehren ohne Weiteres skalierbar sind und eine große Anzahl von Bauteilen, sowie komplexere/aufwändigere Anordnungen und Konfigurationen aufnehmen kann. Entsprechend sollen die bereitgestellten Beispiele den Umfang nicht einschränken oder die weitgefassten Lehren des Kommunikationssystems 10 nicht behindern, da es gegebenenfalls auf zahllose andere Architekturen anwendbar ist.
Es ist ebenfalls wichtig zu beachten, dass die Vorgänge und Schritte, die mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben wurden, nur einige der möglichen Szenarien abbilden, die von oder in dem System ausgeführt werden können. Einige dieser Vorgänge können gegebenenfalls gelöscht oder entfernt werden, oder diese Schritte können erheblich modifiziert oder geändert werden, ohne den Umfang der besprochenen Konzepte zu verlassen. Zusätzlich kann die Synchronisierung dieser Vorgänge erheblich abgeändert werden, und die in dieser Offenbarung gelehrten Ergebnisse können trotzdem erreicht werden. Die vorhergehenden Betriebsabläufe wurden zum Zweck der Erläuterung und Besprechung angeboten. Das System bietet dadurch eine wesentliche Flexibilität, dass beliebige geeignete Anordnungen, chronologische Abläufe, Konfigurationen und Synchronisierungsmechanismen bereitgestellt werden können, ohne die Lehren der besprochenen Konzepte zu verlassen.
Es sei zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung Referenzen auf diverse Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Bauteile, Schritte, Vorgänge, Kennzeichen usw.), die in „einer Ausführungsform”, „einem Ausführungsbeispiel”, „einer Ausführungsform”, „einer anderen Ausführungsform”, „einigen Ausführungsformen”, „diversen Ausführungsformen”, „anderen Ausführungsformen”, „einer alternativen Ausführungsform” und dergleichen enthalten sind, dazu gedacht sind, um in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten zu sein, jedoch in den gleichen Ausführungsformen kombiniert sein können aber nicht unbedingt kombiniert sein müssen. Ferner sind die Wörter „optimieren”, „Optimierung” und ähnliche Begriffe technische Begriffe, die sich auf Verbesserungen der Geschwindigkeit und/oder Effizienz eines vorgegebenen Ergebnisses beziehen und nicht dazu gedacht sind anzugeben, dass ein Prozess zum Erreichen des vorgegebenen Ergebnisses einen „optimalen” oder perfekten schnellen/perfekten effizienten Zustand erreicht hat oder in der Lage ist, diesen zu erreichen.
Zahlreiche andere Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen können vom Fachmann festgestellt werden, und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung alle diese Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen einbezieht, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen. Um dem US-amerikanischen Patent- und Markenamt (USPTO) und zusätzlich allen Lesern eines eventuellen Patents, das für diese Anmeldung erteilt wird, beim Auslegen der beiliegenden Ansprüche behilflich zu sein, möchte die Anmelderin darauf hinweisen, dass die Anmelderin: (a) nicht beabsichtigt, dass sich einer der beiliegenden Ansprüche auf Paragraf sechs (6) von 35 U.S.C. Abschnitt 112 beruft. wie er am Tag der Einreichung derselben besteht, es sei denn, die Wörter „Mittel zum” oder „Schritt zum” werden in den bestimmten Ansprüchen spezifisch verwendet; und (b) nicht beabsichtigt, dass eine Aussage in der Beschreibung die vorliegende Offenbarung auf eine Art und Weise einschränkt, die ansonsten nicht in den beiliegenden Ansprüchen wiederzufinden ist.
WEITERE ANMERKUNGEN, BEISPIELE UND UMSETZUNGEN
Es sei zu beachten, dass alle optionalen Merkmale der zuvor beschriebenen Vorrichtung auch mit Bezug auf das Verfahren oder den Prozess, das bzw. der hier beschrieben wird, umgesetzt werden können, und dass die Besonderheiten der Beispiele überall in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden können. In einem ersten Beispiel wird ein System bereitgestellt (das beliebige geeignete Schaltungen, Frequenzteiler, Kondensatoren, Widerstände, Induktoren, ADC, DFF, Logikgatter, Software, Hardware, Verknüpfungen usw.) umfassen kann, das Teil einer beliebigen Computerart sein kann, die ferner eine Leiterplatte umfassen kann, die mit einer Vielzahl elektronischer Bauteile gekoppelt ist. Das System kann Folgendes umfassen: Mittel zum Empfangen einer Anfrage von einem Mikrocontroller für Daten, die mit einer oder mehreren Zellen verknüpft sind; Mittel zum Empfangen von Signalen, die den überwachten Eigenschaften der Zellen entsprechen; Mittel zum Berechnen abgeleiteter Eigenschaften von den überwachten Eigenschaften; Mittel zum Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten; und Mittel zum Senden der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte der Standarddaten dem Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption. Einige Ausführungsformen können Mittel umfassen, um dem Mikrocontroller im Wesentlichen alle Standarddaten abschnittsweise in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte der Reihe nach bereitzustellen, wobei jeder Abschnitt den Standarddaten entspricht, die zu einem gewissen Zeitpunkt gemessen werden.
Die „Mittel zum” können in diesen (obigen) Fällen (jedoch ohne Einschränkung darauf) das Verwenden eines beliebigen geeigneten, hier beschriebenen Bauteils zusammen mit beliebiger Software, Schaltungen, Hubs, Computercode, Logik, Algorithmen, Hardware, Controllern, Schnittstellen, Verknüpfungen, Bussen, Kommunikationswegen usw. umfassen. In einem zweiten Beispiel umfasst das System einen Speicher, der ferner maschinenlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass das System beliebige der zuvor besprochenen Tätigkeiten ausführt.

Claims

Verfahren, umfassend folgende Schritte: Empfangen einer Anfrage von einem Mikrocontroller für Daten, die mit einer oder mehreren Zellen verknüpft sind; Empfangen von Signalen, die überwachten Eigenschaften der Zellen entsprechen; Berechnen von abgeleiteten Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften; Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten; und Senden der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte der Standarddaten an den Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dem Mikrocontroller abschnittsweise in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte im Wesentlichen alle Standarddaten der Reihe nach bereitgestellt werden, wobei jeder Abschnitt den Standarddaten entspricht, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die überwachten Eigenschaften Zellenspannungen, Hilfseingaben und Prüfparameter, die verwendet werden, um Sicherheitsprüfungen an dem Akkumonitor auszuführen, umfassen, und wobei die abgeleiteten Eigenschaften eine Stapelspannung, eine Mindestzellenspannung, eine Höchstzellenspannung und eine durchschnittliche Zellenspannung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Prüfparameter eine Referenzausgangsspannung (V_REF), eine analoge Spannungsausgabe (V_REGOUT), eine analoge Spannungseingabe (V_REGIN), eine Temperatur des Akkumonitors und eine Referenzpufferspannung (V_REFBUF) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Standarddaten Folgendes umfassen: die Zellenspannungen, die Hilfseingaben, die Stapelspannung, V_REF, V_REGOUT, V_REGIN, die Temperatur des Akkumonitors und V_REFBUF.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der ersten Rechenlogikoption Folgendes umfassen: die Mindestzellenspannung, die Höchstzellenspannung, die durchschnittliche Zellenspannung, und wobei der eine der Abschnitte ein Element der Standarddaten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gemäß der ersten Rechenlogikoption die abgeleiteten Eigenschaften und der Abschnitt der Standarddaten auf vier Kanälen in zwei 64-Bit-Rahmen bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der zweiten Rechenlogikoption eines von der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung umfassen und der eine der Abschnitte ein Element der Standarddaten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gemäß der zweiten Rechenlogikoption die abgeleiteten Eigenschaften und der Abschnitt der Standarddaten auf zwei Kanälen in einem einzigen 64-Bit-Rahmen bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anfrage von dem Mikrocontroller mindestens die erste Rechenlogikoption oder die zweite Rechenlogikoption vorgibt.
Logik, codiert in nicht vorübergehenden Medien, die Code zur Ausführung umfasst, und wenn sie von einem Prozessor ausgeführt wird, betriebsfähig ist, um Vorgänge auszuführen, die folgende Schritte umfassen: Empfangen einer Anfrage von einem Mikrocontroller für Daten, die mit einer oder mehreren Zellen verknüpft sind; Empfangen von Signalen, die überwachten Eigenschaften der Zellen entsprechen; Berechnen abgeleiteter Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften; Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten; und Senden der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte der Standarddaten an den Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption.
Logik nach Anspruch 11, wobei dem Mikrocontroller abschnittsweise in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte im Wesentlichen alle Standarddaten der Reihe nach bereitgestellt werden, wobei jeder Abschnitt den Standarddaten entspricht, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden.
Logik nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Standarddaten Folgendes umfassen: Zellenspannungen, Hilfseingaben, Stapelspannung, V_REF, V_REGOUT, V_REGIN, Temperatur des Akkumonitors und V_REFBUF.
Logik nach Anspruch 12 oder 13, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der ersten Rechenlogikoption Folgendes umfassen: Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung, und wobei der eine Abschnitt ein Element der Standarddaten umfasst.
Logik nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der zweiten Rechenlogikoption eine von der Mindestzellenspannung, der Höchstzellenspannung und der durchschnittlichen Zellenspannung umfassen, und der eine der Abschnitte ein Element der Standarddaten umfasst.
Vorrichtung, umfassend: Datenregister, die ausgebildet sind, um Daten zu speichern; einen Analog/Digital-Wandler; eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen, die ausgebildet sind, um die Zellenspannungen von einer oder mehreren Zellen zu überwachen; eine Vielzahl von Hilfsanschlüssen, die ausgebildet sind, um Hilfseingaben zu überwachen; einen Multiplexer; eine Rechenlogik, die mit mindestens einer ersten Rechenlogikoption und einer zweiten Rechenlogikoption ausgebildet ist; und einen Kommunikationskanal, der ausgebildet ist, um Daten von einem Mikrocontroller zu empfangen oder ihm diese zu senden, so dass die integrierte Schaltung ausgebildet ist zum: Empfangen einer Anfrage über den Kommunikationskanal von dem Mikrocontroller für Daten, die mit den Zellen verknüpft sind; Empfangen von Signalen an den Eingangsanschlüssen und den Hilfsanschlüssen, die überwachten Eigenschaften entsprechen; Berechnen von abgeleiteten Eigenschaften aus den überwachten Eigenschaften; Unterteilen von Standarddaten in eine Vielzahl von Abschnitten; und Senden der abgeleiteten Eigenschaften und eines der Abschnitte der Standarddaten an den Mikrocontroller gemäß mindestens einer ersten Rechenlogikoption oder einer zweiten Rechenlogikoption.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei dem Mikrocontroller abschnittsweise in so vielen aufeinanderfolgenden Rücklesungen wie die Anzahl der Abschnitte im Wesentlichen alle Standarddaten der Reihe nach bereitgestellt werden, wobei jeder Abschnitt den Standarddaten entspricht, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Standarddaten Folgendes umfassen: Zellenspannungen, Hilfseingaben, Stapelspannung, V_REF, V_REGOUT, V_REGIN, Temperatur des Akkumonitors und V_REFBUF.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der ersten Rechenlogikoption Folgendes umfassen: Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung, durchschnittliche Zellenspannung, und wobei der eine der Abschnitte ein Element der Standarddaten umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17, 18 oder 19, wobei die abgeleiteten Eigenschaften gemäß der zweiten Rechenlogikoption eines von Mindestzellenspannung, Höchstzellenspannung und durchschnittlicher Zellenspannung umfassen, und der eine der Abschnitte ein Element der Standarddaten umfasst.