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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auslesevorrichtung für Batteriedate nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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STAND DER TECHNIK
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Im Servicebereich, in Werkstätten, in der Produktion und/oder Laboreinsatz besteht regelmäßig der Bedarf bei Batterien, insbesondere bei wieder aufladbaren Batterien (Akkumulatoren, kurz Akkus) Informationen über den Zustand der Batterie zu erhalten. Batterien oder Akkus sind häufig als Batteriepack bzw. Akkupack aufgebaut, wobei mehrere einzelne Batteriezellen bzw. Akkuzellen (Sekundärzellen) in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sind, um eine bestimmte Ausgangsspannung bzw. einen bestimmten Ausgangsstrom sowie Batteriekapazität bereitzustellen. Moderne Batterien enthalten neben den Batteriezellen auch funktionale Elektronik, beispielsweise ein Batteriemanagementsystem (BMS) bzw. eine Batteriemanagementeinheit (BMU).
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Für Diagnosezwecke ist es hilfreich, Grunddaten einer Batterie schnell und einfach ermitteln zu können. Solche Grunddaten können beispielsweise Batteriedaten wie die aktuelle Spannung und der Ladezustand sein. Momentan müssen hierfür manuelle Messung durchgeführt werden. Andere Batteriedaten, wie eine minimale oder maximale Batterietemperatur, sind als im BMS oder der BMU gespeicherte Werte nicht messbar, sondern nur über eine Schnittstelle mit einem hierfür konfigurierten Auslesegerät auslesbar.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 035 472 1 offenbart eine Vorrichtung zum drahtlosen Auslesen des Ladezustandes einer Batterie in einem nicht angeschlossenen Zustand, mit der es möglich ist, den Ladezustand einer Batterie auf dem Weg von der Herstellung zum Einbau und/oder während sie ausgebaut ist, zu überwachen. Hierzu wird in einer Ausführung vorgeschlagen, eine für die kabellose Übermittlung des Ladezustandes an ein Lesegerät eingerichtete Anschlussvorrichtung an einer CAN-Bus-Schnittstelle zu einem Batteriemanagementsystem der Batterie anzuschließen. Die Anschlussvorrichtung muss jeweils für einen bestimmten Batterietyp eingerichtet sein oder es werden neben dem Lesegerät für eine Handhabung verschiedener Batterietypen, z.B. im Zubehörhandel, entsprechend verschiedene Anschlussvorrichtungen benötigt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine mögliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Auslesegerät bereitzustellen, mit dem möglichst unterschiedlichste Batterien schnell auf ihren Zustand hin geprüft werden können. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Gerät bereitzustellen, das leicht und schnell zu verwenden und möglichst einfach auf verschiedene Batterievarianten universell einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird zumindest teilweise mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, ein Auslesegerät bereitzustellen, welches manuell durch einen Benutzer und/oder automatisch für verschiedene Batterietypen konfiguriert werden kann.
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Die Auslesevorrichtung kann eine interne Spannungsversorgung, beispielsweise eine eigene 14 V-Spannungsversorgung über ein Netzteil oder austauschbare und/oder aufladbare Batterien, aufweisen. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sei, dass die interne Spannungsversorgung über einen an der Auslesevorrichtung vorgesehenen Spannungsversorgungsausgang mit einem Niedervolteingang einer auszulesenden Batterie verbunden werden kann. Damit kann die Batteriemanagementeinheit einer auszulesenden Batterie für den Auslesevorgang mit Spannung versorgt und/oder aktiviert werden.
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Die Auslesevorrichtung kann weiter einen, insbesondere nichtflüchtigen Speicher, wie beispielsweise ein EEProm (electrical erasable and programmable ROM – elektrisch lösch- und programmierbarer Nur-Lese-Speicher) zum Abspeichern ausgelesener Batteriedaten aufweisen. Damit stehen ausgelesene Batteriedaten auch nach dem Auslesevorgang und einer Unterbrechung der Kommunikationsverbindung zur Batteriemanagementeinheit in der Auslesevorrichtung zur Verfügung.
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Die Auslesevorrichtung kann ferner eine Steuereinheit, beispielsweise einen Mikrokontroller aufweisen, die durch geeignete Programmierung eingerichtet ist, die einzelnen Funktionskomponenten der Auslesevorrichtung betriebsmäßig zu überwachen und zu steuern. Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise mit einer Kommunikationsschnittstelle, bevorzugt eines standardisierten Kommunikationsbusses, beispielsweise gemäß dem in der ISO 11898 international standardisierten Controller Area Network(CAN)-Bus-Standard, ausgerüstet sein. Die Kommunikationsschnittstelle ist bevorzugt mit einem für eine Kabelverbindung mit einer Datenschnittstelle einer auszulesenden Batterie hergerichteten Kommunikationsausgang der Auslesevorrichtung verbunden. Beispielsweise gibt es im Automobilbereich Batterien, welche bereits eine CAN- bzw. LIN-Bus-Schnittstelle zur Batteriemanagementeinheit für einen Anschluss an einen im Fahrzeug vorhandenen CAN- bzw. LIN-Bus aufweisen.
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Für andere Batterievarianten kann die Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit der Auslesevorrichtung mit einem Multiplexer verschaltet sein, um den Kommunikationsbus bei Bedarf an nicht standardisierte Batterieschnittstellen anpassen zu können.
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Die Auslesevorrichtung kann eine Konfigurationseinheit, beispielsweise in Form von Konfigurationsschaltern, wie z.B. DIP-Schaltern, aufweisen. Die Konfigurationsschalter können mit der Steuereinheit der Auslesevorrichtung gekoppelt sein, so dass die Steuereinheit derart eingerichtet sein kann, dass ein Benutzer die Auslesevorrichtung für eine bestimmte Batterievariante entsprechend einer manuellen Einstellung der Konfigurationsschalter einstellen kann. Auch ist es denkbar, dass die Konfigurationseinheit rein softwaremäßig ansteuerbar ist, wozu ein entsprechender Mikroprozessor vorgesehen ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die bereits erwähnte Kabelverbindung eine Standardschnittstelle zur Verbindung mit einen jeweiligen auf eine bestimmte Batterievariante angepassten Adapterkabel bzw. Adapterstecker (kurz Adapter) aufweisen. Ein bestimmter Adapter ist dann derart ausgestaltet, dass die Kabelverbindung batterieseitig an einen dort vorhandenen Stecker zu der Schnittstelle der Batteriemanagementeinheit angepasst wird. Die Steuereinheit kann dabei vorteilhaft eingerichtet sein, die Auslesevorrichtung basierend auf einer auslesevorrichtungsseitigen elektrischen und/oder mechanischen Kodierung des Adapters automatisch für eine bestimmte Batterievariante einzustellen.
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Beispielsweise kann die Standardschnittstelle mehrere zusätzliche, insbesondere durch den Kommunikationsbus nicht unmittelbar belegte, Kontakte aufweisen. Ein jeweiliger Adapter kann dann auslesevorrichtungsseitig eingerichtet sein, vorbestimmte Kontakte der Standardschnittstelle zu verschalten, insbesondere kurzzuschließen, um damit eine Kennung für die zugehörige Batterievariante zu kodieren. Diese Kennung kann dann durch die entsprechend programmierte Steuereinheit, die über die Kontakte bzw. damit verbundenen Leitungen des Verbindungskabels gekoppelt ist, erkannt werden, so dass die Steuereinheit das Auslesegerät automatisch für die kodierte Batterievariante selbstständig, d.h. automatisch konfigurieren kann.
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In besonderen Ausführungen kann bei dem Auslesegerät die Spannungsversorgung für die Batteriemanagementeinheit einer Batterie auch in die Kabelverbindung für den Kommunikationsbus integriert sein. In Ausführungen mit Adapter kann eine so in die Kabelverbindung integrierte Spannungsversorgung am Adapter batterieseitig nach Art eines Y-Kabels für einen von der Ausleseschnittstelle getrennten Niedervoltanschluss der Batterie abgezweigt werden, besonders dann wenn eine Spannungsversorgung der Batteriemanagementeinheit über die Schnittstelle nicht erfolgt bzw. möglich ist.
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Die Auslesevorrichtung kann wenigstens eine Anzeigeeinheit, beispielsweise eine Multi-Line oder LCD Anzeige oder dergleichen, zur Anzeige ausgelesener Batteriedaten aufweisen. Weiter kann die Auslesevorrichtung eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Benutzersteuereingabe zum Steuern der Anzeigeeinheit und/oder abrufen einzelner Batteriedaten zur Anzeige auf der Anzeigeeinheit. Bevorzugt ist/sind die Anzeigeeinheit und/oder die Eingabeeinheit betriebsmäßig mit der Steuereinheit gekoppelt, so dass die Steuereinheit durch entsprechende Programmierung eingerichtet sein kann, durch entsprechende Eingaben durch einen Benutzer bestimmte ausgelesene Batteriedaten einer Batterie auf der Anzeigeeinheit anzuzeigen.
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Batteriedaten können die aktuelle (Ausgangs-)Spannung, der aktuelle Ladezustand, eine minimale Zellspannung und/oder maximale Zellspannung oder ähnliche Daten der Batterie sein. Weiter können auch bei entsprechender Aufzeichnung in der Batteriesteuereinheit Daten wie eine minimale Temperatur und/oder maximale Temperatur, der die Batterie ausgesetzt war, oder dergleichen sein.
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Die Erfindung eignet sich besonders für einen Einsatz überall dort, wo regelmäßig Bedarf an einer Möglichkeit zur schnellen Analyse und/oder Überprüfung von unterschiedlichsten Batterien besteht, beispielsweis in den Bereichen Kundendienst, Werkstatt, Produktion und/oder Labor.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten er Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen die Erfindung (schematisch):
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1 ein Blockschaltbild, welches eine Kommunikationsverbindung zum Auslesen von Batteriedaten zwischen einem erfindungsgemäßen Auslesegerät und einer Batteriemanagementeinheit (BMU) einer Batterie sowie einer Spannungsversorgungsverbindung zur Speisung der BMU veranschaulicht;
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2 ein Blockschaltbild, in dem einzelne Bestandteile der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung und der Batterie der 1 veranschaulicht sind; und
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3 ein Blockschaltbild eines Kabels für die Kommunikationsverbindung zwischen Auslesegerät und Batterie mit einem Adapter zur Anpassung an verschiedene Batterievarianten.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese spezifischen Einzelheiten zur Anwendung kommen können. In anderen Fällen sind bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren. Identische Merkmale sind in den Figuren zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung 100 und einer Batterie 200, z.B. ein Akku-Pack.
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Um Batteriedaten aus der Batterie 200 auszulesen, wird die Auslesevorrichtung 100 mittels einer Kommunikationsverbindung 320 über eine entsprechende Schnittstelle an der Batterie mit einer in die Batterie integrierten Batteriemanagementeinheit (BMU) verbunden.
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Weiter dient eine Verbindung 310 zur externen Speisung der BMU mit einer Versorgungsspannung. Dabei kann über eine geeignete Buchse, wie z.B. eine Universal Data Socket, das Auslesevorrichtung 100 mit der Niedervoltseite der Batterie 200 verbunden werden, um die integrierte BMU der Batterie mit Spannung zu versorgen bzw. diese für den Auslesevorgang von Batteriedaten aufzuwecken.
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2 zeigt ein Blockschaltbild, in dem einzelne Bestandteile der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung 100 und der Batterie 200 aus der 1 veranschaulicht sind.
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Die Batterie 200 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse, in dem sich ein Zellenblock 202 mit mehreren Batteriezellen – bei einer wiederaufladbaren Batterie sogenannte Sekundärzellen – befindet, die in Reihe und/oder parallel zueinander verschaltet sind, um einen bestimmten Ausgangsstrom und/oder bestimmte Ausgangsspannung der Batterie zu realisieren. Die Anzahl der Batteriezellen ist auch unmittelbar entscheidend für die Kapazität der Batterie, d.h. die in der Batterie speicherbare Strommenge in mAh bzw. Ah. Mit dem Zellenblock 202 ist sensorisch eine Batteriemanagementeinheit (BMU) bzw. Batteriemanagementsystem (BMS) verbunden. Das BMS oder die BMU ist eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung und Regelung einer nachladbaren Batterie dient. Die Notwendigkeit eines BMS ergibt sich gerade durch die vorstehend genannte Zusammenschaltung mehrerer Batteriezellen zu einer Batterie. Das BMS bzw. die BMU kann beispielsweise eingerichtet sein, die aufgrund fertigungsbedingter Streuungen verschiedener Parameter der einzelnen Batteriezellen, unterschiedliche Kapazität und Leckströme zu erkennen, zu überwachen und soweit möglich auszuregeln. Bestimmte Betriebsdatenwie maximale oder minimale Temperaturen – können für Servicezwecke gespeichert werden.
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Die auszulesenden Batteriedaten können aktuelle Daten, wie die aktuelle (Ausgangs-)Spannung und/oder der aktuelle Ladezustand der Batterie sein. Bei den aus mehreren Batteriezellen bestehenden Batterien können die minimale Zellspannung und/oder die maximale Zellspannung über die BMU bzw. das BMS auslesbar sein. Auch können zeitlich zurückliegenden Daten wie die minimale Temperatur und/oder maximale Temperatur der Batterie ausgelesen werden.
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Die Auslesevorrichtung 100 weist eine Steuereinheit 102, beispielsweise einen Mikrokontroller auf. Die Steuereinheit 102 besitzt eine Kommunikationsschnittstelle zu einem Kommunikationsbus 104, beispielsweise einem Controller Area Network(CAN)-Bus; der Can-Bus ist in der ISO 11898 international standardisiert und muss für den Fachmann hier nicht näher erläutert werden.
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Weiter ist in der Auslesevorrichtung 100 eine Anzeigeeinheit 112 zur Anzeige ausgelesener Batteriedaten integriert. Die Anzeigeeinheit 112 ist betriebsmäßig mit der Steuereinheit 102 verbunden. Eine Eingabeeinheit 114, beispielsweise Druckknöpfe als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), zur Eingabe von Benutzersteuereingaben ist ebenfalls betriebsmäßig mit der Steuereinheit 102 verbunden. Die Steuereinheit 102 ist eingerichtet, Benutzereingaben an der Eingabeeinheit 114 zu erfassen und dann ggf. entsprechend den Auslesevorgang und/oder die Anzeigeeinheit 112 zu steuern, beispielsweise um einzelne Batteriedaten auf der Anzeigeeinheit 112 anzuzeigen.
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Zum Speichern ausgelesener Batteriedaten für eine spätere Verwendung, insbesondere nach einer Unterbrechung der Kommunikationsverbindung, besitzt die Auslesevorrichtung 100 weiter einen nichtflüchtigen Speicher 118. Der Speicher kann ein Speicherbaustein, wie z.B. ein EEProm, sein, der die ausgelesenen Batteriedaten gegen Verlust sichert. Mithilfe der Druckknöpfe der Eingabeeinheit 114 kann die Auslesevorrichtung 100 von einem Benutzer entsprechend bedient und die verschiedenen Grunddaten aus dem Speicher 118 abgerufen und auf der Anzeigeeinheit 112 angezeigt werden.
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In der Auslesevorrichtung 100 ist weiter eine interne Spannungsversorgung 106 vorgesehen, beispielsweise eine bordeigene 14V-Spannungsquelle wie ein Netzteil oder eine Batterie. Die Spannungsversorgung 106 ist über einen an der Auslesevorrichtung vorgesehenen Spannungsversorgungsausgang 108 mit einem Niedervolteingang 212 der auszulesenden Batterie 200 mittels der Spannungsversorgungsverbindung 310 verbunden. Über die Spannungsversorgungsverbindung 310 kann die in die Batterie 200 integrierte Batteriemanagementeinheit 204 für den Auslesevorgang mit Spannung, beispielsweise mit 14V versorgen werden und/oder für den Lesevorgang aktiviert werden. Der interne Kommunikationsbus 104 der Auslesevorrichtung 100 ist über eine Kabelverbindung 320 mit einer Datenschnittstelle 208 der auszulesenden Batterie 200 verbunden. Dazu besitzt die Auslesevorrichtung 100 einen Kommunikationsausgang 110, an dem die Kabelverbindung 320 angeschlossen ist.
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Falls die Datenschnittstelle 208 der Batterie 200 einen Kontakt für eine externe Spannungsversorgung aufweist, können der Kommunikationsbus 104 und die Spannungsversorgungsverbindung 310 in ein gemeinsames Kabel 300 integriert sein.
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Der Auslesevorgang von Batteriedaten erfolgt über den Kommunikationsbus 104 der Steuereinheit 102, der über die Kabelverbindung 320 über die Schnittstelle 208 an der Batterie 200 mit der BMU 204 verbunden ist. Über ein geeignetes Kommunikationsprotokoll kann die Steuereinheit 102 mit der BMU 204 kommunizieren und die dort vorhandenen Batteriedaten auslesen.
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Für das Auslesen einer bestimmten Batterievariante kann beispielsweise die Auswahl eines hierfür notwendigen Kommunikationsprotokolls oder eine entsprechende Anpassung eines Kommunikationsprotokolls für die Kommunikation auf dem Kommunikationsbus 104 zwischen dem Auslesegerät 100, d.h. der Steuereinheit 102, und der Batterie 200, d.h. der BMU bzw. dem BMS, d.h. eine Konfiguration des Auslesegeräts 100 beinhalten.
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Erfindungsgemäß ist daher an der Auslesevorrichtung 100 eine Konfigurationseinheit 120 vorgesehen, beispielsweise in Form von DIP-Schaltern, die betriebsmäßig mit der Steuereinheit 102 verbunden sind. Die Steuereinheit 102 ist eingerichtet, die Auslesevorrichtung für eine bestimmte Batterievariante entsprechend der manuellen Einstellungen der Konfigurationseinheit 120 durch einen Benutzer einzustellen. Somit ist die Auslesevorrichtung 100 beispielsweise mithilfe eines DIP-Schalters besonders einfach durch den Benutzer für verschiedene Batterietypen konfigurierbar.
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Erfindungsgemäß kann zum Kodieren verschiedener Batterievarianten, zusätzlich oder alternativ zu Schaltern an der Konfigurationseinheit 120, ein für die jeweilige Batterievariante spezifischer Stecker, beispielsweise bei Kfz-Batterien ein Fahrzeugstecker, genutzt werden, da sich solche Stecker für verschiedene Batterievarianten unterscheiden.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Weiterbildung des Verbindungskabels 320 für die Kommunikationsverbindung zwischen der Auslesevorrichtung 100 und der Batterie 200 der 2, wobei das Verbindungskabel 320 mit einem Adapterkabel oder Adapterstecker, kurz Adapter 322 batterieseitig verbunden ist.
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Die Kabelverbindung 320 besitzt batterieseitig eine Standardschnittstelle 326 zur Verbindung mit einem jeweilig auf eine bestimmte Batterievariante angepassten Kurzadapter 322. Mit dem Adapter 322 kann die Kabelverbindung 320 batterieseitig an den batterieseitigen Stecker 208 (2) der Schnittstelle zur Batteriemanagementeinheit 204 angepasst werden.
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Die Steuereinheit 102 ist eingerichtet, die Auslesevorrichtung 100 basierend auf einer auslesevorrichtungsseitigen elektrischen und/oder mechanischen Kodierung des Adapters 322 automatisch für eine bestimmte Batterievariante einzustellen. Hierzu kann die Standardschnittstelle 326 mehrere zusätzliche Kontakte aufweisen, wobei jeder Adapter 322 auslesevorrichtungsseitig eingerichtet ist, vorbestimmte Kontakte so zu verschalten, insbesondere kurzzuschließen, um damit eine Kennung für die zugehörige Batterievariante zu kodieren. Eine derart kodierte Kennung kann dann über eine entsprechende Verschaltung der Kodierungsleitungen der Kontakte mit der Konfigurationseinheit 120 verschaltet sein. Alternativ kann die Kennung auch direkt als Eingabe mit der Steuereinheit 102 verbunden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 11898 [0010]
- ISO 11898 [0030]
