-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Informationen über ein Batteriepack, welches in einem Gehäuse aufgenommene Batterieeinheiten aufweist.
-
Weiterhin werden ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden ein Batteriepack und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriepack angegeben.
-
Die Batterie zählt zu den wichtigsten Bauteilen von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen. Da sie auch zu den wertvollsten Baueinheiten gehört, sind Hersteller oftmals dazu verpflichtet, großzügige Garantiebedingungen für die Batterie zuzugestehen. Das Verhältnis der Garantieperioden zu den Herstellungskosten der Batterie ist inzwischen derart, dass eine vermehrte Aufmerksamkeit darauf gerichtet werden sollte, festzustellen, ob Garantieansprüche gültig sind oder nicht.
-
Aus der
US 2011/0258126 ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren bekannt, mit welchem eine Garantieverpflichtung eines Zulieferers gegenüber einem Fahrzeughersteller ermittelt werden kann. Dabei wird ein gespeicherter Betriebsparameter im Zusammenhang mit einem Batteriepack ermittelt, die Betriebsparameter mit einem Schwellwert verglichen und hieraus ermittelt, ob der Batteriepack eine verringerte Leistungsfähigkeit aufweist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung von Informationen über ein Batteriepack, welches in einem Gehäuse aufgenommene Batterieeinheiten aufweist, wird bei jeder ermittelten Öffnung des Gehäuses ein Zähler erhöht und der Zähler zur Information über die Anzahl der Öffnungen des Gehäuses bereitgestellt.
-
Somit wird ein Verfahren beschrieben, welches beispielsweise einen Zulieferer des Batteriepacks in die Lage versetzt, die Anzahl der durch Servicepersonal oder durch Dritte durchgeführten Öffnungen des Batteriepacks zu überwachen. Vorteilhaft wird in einem Fall, wenn ein vermeintlich schadhaftes Batteriepack an den Zulieferer gesendet wird, feststellbar, ob und wie oft das Batteriepack geöffnet worden ist. Diese Information kann sehr hilfreich dafür sein, zu entscheiden, ob der Zulieferer bereit ist, das vermeintlich fehlerhafte Batteriepack kostenlos gegen ein neues Batteriepack auszutauschen.
-
Bevorzugt erfolgt die Ermittlung der Öffnung des Gehäuses über eine Auswertung eines HVIL-Signals (HVIL, high-voltage interlock loop). Das HVIL-Signal ist dabei Teil eines Hardwareverschlusskreises (hardware interlock circuit). Das HVIL-Signal wird von einem HVIL-Signalgenerator einem oder mehreren HV-Konnektoren (HV, high-voltage) bereitstellt und nach Durchlaufen der HV-Konnektoren von einem HVIL-Signalempfänger ermittelt. Wenn einer der HV-Konnektoren entkoppelt ist, ist die Kette unterbrochen und das HVIL-Signal nicht mehr ermittelbar. Das HVIL-Signal kann beispielsweise für den Einsatz vorgesehen sein, ungeerdete Verbindungen zu erkennen, um Personen davor zu schützen, mit der Hochspannung in Berührung zu geraten.
-
Der Hardwareverschlusskreis umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen PWM-Signalgenerator (PWM, pulse-width modulation), welcher auch als Treiber (driver) bezeichnet wird. Das HVIL-Signal wird dabei durch das PWM-Signal gebildet. Anstelle des PWM-Signals können weitere Pulsmodulationsarten verwendet werden, wie beispielsweise Pulsfrequenzmodulation (PFM), Pulsamplitudenmodulation, Pulscodemodulation oder Pulsphasenmodulation. Ein Vorteil des PWM-Signals ist, dass es durch zwei Spannungsebenen gebildet wird. Bei der schaltungstechnischen Realisierung eines PWM-Generators mittels Bipolar-, MOS-Transistoren oder IGBTs können diese – im Gegensatz zu einem Generator mit kontinuierlich veränderlicher Spannung – im verlustarmen Schaltbetrieb arbeiten.
-
Es kann vorgesehen sein, den Zähler zur Information über die Anzahl der Öffnungen des Gehäuses auf einem Datenbus bereitzustellen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zähler zusätzlich hierzu oder alternativ hierzu in einen Speicherbereich gespeichert wird, der einem Batteriemanagement zugeordnet ist. Beispielsweise können in dem Speicherbereich zusätzlich Seriennummern und/oder Identifikationsdaten dem Batteriepack zugeordneter Baueinheiten gespeichert sein. Typische derartige Baueinheiten umfassen beispielsweise Batteriemodule, Modulsteuergeräte, ASICs oder das Batteriepack selbst.
-
Den Zähler kann in einen nicht-flüchtigen elektronischen Speicher (EPROM, erasable programmable read-only memory) gespeichert werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, den Zähler in einen nicht-löschbaren Speicher zu speichern. Ein derartiger nicht-löschbarer Speicher kann beispielsweise ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM, programmable read-only memory) sein oder ein einfach beschreibbarer Speicher (OTP, one-time programmable). Alternativ hierzu kann ein Flash-Speicher verwendet werden, der durch eine Zusatzlogik gegen Veränderung gesichert ist.
-
Besonders bevorzugt wird ein einfach beschreibbarer Speicher, OTP, verwendet. Der Vorteil der OTP-Technologie liegt darin, dass die gespeicherte Information nicht geändert werden kann. Insbesondere wird damit auch sichergestellt, dass die Daten nicht mehr gelöscht werden können. Eine Möglichkeit der Implementierung des Zählers ist beispielsweise eine Liste, wobei bei jeder Öffnung des Batteriegehäuses der Liste ein weiteres Element in dem dafür vorgesehenen Bereich des Speichers hinzugefügt wird. Insbesondere kann ein spezieller OTP-Bereich in einem dem Batteriemanagement zugeordneten Speicherbereich vorgesehen sein, in dem weitere Daten, beispielsweise Seriennummern oder Identifikationsdaten der Baueinheiten unabänderlich gespeichert werden.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zähler in einen Speicher gespeichert wird, der eingeschränkte Zugriffsrechte aufweist. Insbesondere und bevorzugt umfasst das den Fall, dass ein nicht-löschbarer Speicher eingeschränkte Zugriffsrechte aufweist. Vorteilhaft kann hierbei erreicht werden, dass die Daten nicht vom Testpersonal des Batteriepackherstellers verändert werden können.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Zähler nach einem definierten Schritt des Herstellungsprozesses des Batteriepacks auf Null gesetzt. Für den Fall, dass ein einmal beschreibbarer Speicher (OTP) vorgesehen ist, welcher beispielsweise nach Art einer Strichliste geführt wird, kann vorgesehen sein, die Anzahl der Öffnungen bei einer Auslieferung des Batteriepacks eines Zulieferers zu einem Automobilhersteller oder zu einem Motorenhersteller zu kennzeichnen. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass der Zulieferer das Batteriepack öffnen kann und die dabei gezählten Öffnungen nicht berücksichtigt werden. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, das Verfahren erst nach dem definierten Schritt des Herstellungsprozesses des Batteriepacks zu initiieren.
-
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder einem Cloudsystem zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
-
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Batteriemanagementsystem (BMS) zur Überwachung und Steuerung eines Batteriepacks bereitgestellt, welches in einem Gehäuse aufgenommene Batterieeinheiten aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem eine Einheit zur Ermittlung von Öffnungen des Gehäuses und eine Einheit zur Zählung der Öffnungen des Gehäuses aufweist. Das Batteriemanagementsystem weist außerdem eine Einheit zur Bereitstellung von Informationen über die Anzahl der Öffnungen des Gehäuses auf. Die Einheit zur Ermittlung von Öffnungen des Gehäuses ist bevorzugt an einen zuvor beschriebenen Hardwareverschlusskreis gekoppelt.
-
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriepack, insbesondere ein Lithium-Ionen-Batteriepack oder ein Nickel-Metallhydrid-Batteriepack, zur Verfügung gestellt, das ein Batteriemanagementsystem wie zuvor beschrieben umfasst und/oder der eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Batteriepack ist bevorzugt mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden.
-
Das Batteriepack umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten. Die Begriffe "Batterie" und "Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Mit Batterieeinheiten können eine Batteriezelle, ein Batteriemodul oder ein Modulstrang bezeichnet sein. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können sogenannte Batteriedirektkonverter (BDC, Battery Direct Converter) bilden, und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).
-
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriepack zur Verfügung gestellt, wobei das Batteriepack über elektronische Unterbrechungselemente, wie beispielsweise Lastschalter, Relais oder Schützen mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
-
Ein Bordnetz kann insbesondere ein Hochspannungsbordnetz mit einer Nennspannung von 48 V sein, das üblicherweise in Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird. Das Bordnetz kann aber auch ein Niederspannungsbordnetz sein, welches bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor zur Versorgung des elektrischen Anlassers oder Starters für den Verbrennungsmotor sowie weiterer elektrischer Vorrichtungen des Kraftfahrzeuges eingesetzt wird, und welches standardmäßig mit 12 Volt betrieben wird. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird über das Bordnetz von einer Starterbatterie eine Spannung einem Starter zur Verfügung gestellt, welcher den Verbrennungsmotor startet, wenn beispielsweise durch ein entsprechendes Startersignal ein Schalter geschlossen wird. Ist der Verbrennungsmotor gestartet, treibt dieser einen elektrischen Generator an, welcher dann eine Spannung von etwa 12 Volt erzeugt und über das Bordnetz den verschiedenen elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug zur Verfügung stellt. Der elektrische Generator lädt dabei auch die durch den Startvorgang belastete Starterbatterie wieder auf.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Batteriepacks,
-
2 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems und eines Hardwareverschlusskreises.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt ein Batteriepack 2 mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 4, beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 V, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 3 aufgenommen sind. Mehrere Batteriezellen 4 sind zu Batteriemodulen 6 zusammengefasst, welche jeweils zugeordnete Modulsteuergeräte 8 aufweisen, die auch als CMC (cell module controller) bezeichnet werden. Die Batteriezellen 4 können parallel und in Reihe miteinander verschaltet sein, um die nötige Leistung des Batteriepacks 2 bereitzustellen.
-
Das Batteriepack 2 umfasst außerdem ein zentrales Steuergerät 10, welches auch als BCU (battery control unit) bezeichnet werden kann. Die Kommunikation zwischen dem zentralen Steuergerät 10 und den Modulsteuergeräten 8 erfolgt über geeignete Schnittstellen 12, 14. In dieser Ausführungsform sind die Modulsteuergeräte 8 außerdem untereinander über Kommunikationskanäle 16 verbunden.
-
Das Batteriepack 2 umfasst eine Sicherungseinheit 18 mit einer Schmelzsicherung 22. Die Sicherungseinheit 18 ist im Schaltkreis der Batteriezellen 4 angeordnet, so dass sie einen Überspannungsschutz der Batteriezellen 4 bereitstellen kann. Die Sicherungseinheit 18 umfasst außerdem Sensoren 24, welche eingerichtet sind, das Auslösen der Schmelzsicherung 22 zu detektieren. Die Sensoren 24 sind mit einer Sicherheitseinheit 20 verbunden, welche die bestimmungsgemäße Funktion des Batteriepacks 2 überwacht. Ein weiterer Sensor 40 der Sicherheitseinheit 20 ist an einem Terminal 42 des Batteriepacks 2 vorgesehen, um dort das bestimmungsgemäße Funktionieren des Batteriepacks 2 zu überwachen. Die Sensoren 24, 40 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Schaltkreis 36 verbaut, was aber nicht zwingend ist. Die Sicherheitseinheit 20 umfasst einen weiteren Eingang 28, über welchen Informationen empfangen werden, beispielsweise über Isolationswerte des Batteriepacks, die Temperatur des Batteriepacks oder auch Informationen über eine Verletzung oder Zerstörung von Batterieeinheiten oder des Batteriepacks als Ganzes. Die Sicherheitseinheit 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Kommunikationskanals 30 mit dem zentralen Steuergerät 10 verbunden, kann aber auch als ein internes Modul des zentralen Steuergeräts 10 ausgebildet sein.
-
Das Batteriepack 2 umfasst ein elektronisches Unterbrechungselement 44, das ausgebildet ist, die Batteriezellen 4 bzw. Batteriemodule 6 von dem Terminal 42 zu trennen. Über das Terminal 42 erfolgt die elektrische Kontaktierung des Batteriepacks 2 an ein Bordnetz des Fahrzeugs, insbesondere an ein Bordnetz zum Antrieb des Fahrzeugs und an einen Ladekreis. Das elektronische Unterbrechungselement 44 umfasst einen ersten betätigbaren Schalter 48 am Minuspol 49, und am Pluspol 51 einen zweiten betätigbaren Schalter 50, sowie einen dritten betätigbaren Schalter 46, welcher gemeinsam mit einem Widerstand 52 eine Vorladeeinheit bildet. Der dritte betätigbare Schalter 46 und der Widerstand 52 sind dabei parallel zum zweiten betätigbaren Schalter 50 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elektronische Unterbrechungselement 44 über eine erste Steuerleitung 58 von der Sicherheitseinheit 20 aus betätigbar und außerdem über eine zweite Steuerleitung 74 von der BCU 10 aus.
-
Das Batteriepack 2 umfasst eine Einrichtung 54 zur Ermittlung eines abgegebenen Stroms. Die Einrichtung 54 zur Ermittlung des abgegebenen Stroms ist in Reihe zum zweiten betätigbaren Schalter 50 angeordnet und über eine Daten- oder Messleitung 62 mit dem zentralen Steuergerät 10 verbunden, wobei an dieser Stelle zweckmäßigerweise Einrichtungen zum Trennen des Hochspannungsnetzes der Batteriezellen 4 von dem auf niedrigere Spannung ausgelegten Eingang der BCU 10 vorgesehen sein können. Das Batteriepack 2 umfasst außerdem eine Einrichtung 56 zur Ermittlung einer Ausgangsspannung des Batteriepacks, die über eine Daten- oder Messleitung 68 mit dem zentralen Steuergerät 10 verbunden ist, wobei an dieser Stelle ebenfalls Einrichtungen zum Trennen des Hochspannungsnetzes der Batteriezellen 4 von dem auf niedrigere Spannung ausgelegten Eingang der BCU 10 vorgesehen sein können.
-
Das zentrale Steuergerät 10 umfasst weiterhin einen Anschluss 34 an einen Fahrzeugbus, beispielsweise einen CAN-Bus, und eine Stromzufuhr 32, beispielsweise eine 12V-Leitung.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems 80 und eines Hardwareverschlusskreises 90. Das Batteriemanagementsystem 80 weist eine Einheit 82 zur Ermittlung von Öffnungen eines Gehäuses des mit Bezug zu 1 beschriebenen Batteriepacks 2 auf. Die Einheit 82 zur Ermittlung von Öffnungen des Gehäuses ist über eine Schnittstelle 84 an den Hardwareverschlusskreis 90 gekoppelt und wertet ein HVIL-Signal aus. Das HVIL-Signal wird gemäß dieser Ausführungsform durch ein PWM-Signal gebildet.
-
Das Batteriemanagementsystem 80 weist weiterhin eine Zähleinheit 86 zur Zählung der Öffnungen des Gehäuses auf. Die Zähleinheit 86 ist beispielsweise eingerichtet, einen Zähler zur Information über die Anzahl der Öffnungen des Gehäuses über eine Schnittstelle 88 auf dem CAN-Datenbus bereitzustellen, und/oder in einen Speicher 92 zu speichern, der dem Batteriemanagementsystem 80 zugeordnet ist, insbesondere in einen nicht-löschbaren Speicher, wie einen OTP-Speicher oder einen Flash-Speicher, der durch eine Zusatzlogik gegen Veränderung gesichert ist. Die Zähleinheit 86 umfasst außerdem eine Einheit, welche die Zugriffsrechte auf den Speicher 92 überprüft, so dass die Daten beispielsweise nicht vom Personal des Zulieferers des Batteriepacks verändert werden können.
-
Das Batteriemanagementsystem 80 weist außerdem eine Einheit 94 zur Bereitstellung von Informationen über die Anzahl der Öffnungen des Gehäuses auf, welche Zugriff auf den Speicher 92 hat. Die Einheit 94 zur Bereitstellung der Informationen wird zum Auslesen des Speichers 92 eingesetzt, beispielsweise, um das Bestehen von Garantieansprüchen zu prüfen. Die Einheit 94 umfasst bevorzugt ebenfalls eine Einheit, welche die Zugriffsrechte auf den Speicher 92 überprüft.
-
Der Hardwareverschlusskreis 90 weist einen PWM-Signalgenerator 96 und einen PWM-Signalempfänger 98 auf. Weiterhin umfasst der Hardwareverschlusskreis 90 in diesem Ausführungsbeispiel drei in Reihe geschaltete HV-Konnektoren 100, die bei geöffnetem Batteriegehäuse geöffnet sind und bei geschlossenem Batteriegehäuse geschlossen sind. Das PWM-Signal wird von dem PWM-Signalgenerator 96 bereitstellt und nach Durchlaufen der HV-Konnektoren 100 von dem PWM-Signalempfänger 98 ermittelt. Wenn einer der HV-Konnektoren 100 entkoppelt ist, ist die Kette unterbrochen und das PWM-Signal nicht mehr ermittelbar. Über eine Schnittstelle 102 wird dieser Zustand dem Batteriemanagementsystem 80 angezeigt, welches somit eine Öffnung des Gehäuses detektiert.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
