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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems, das ein zentrales Steuergerät und zumindest ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und einem Sensorsteuergerät aufweist.
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Weiterhin sind eine Datenstruktur, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie angegeben.
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Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt. Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte und Steuergeräte für das ABS oder den Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist ein heutiger Forschungsschwerpunkt die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriepacks mit zugehörigen Batteriemanagementsystemen, d. h. Steuergeräten, welche mit einer Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet sind. Batteriemanagementsysteme gewährleisten unter anderem die sichere und zuverlässige Funktion der eingesetzten Batteriezellen und Batteriepacks. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und weitere Größen für einzelne Zellen und/oder den ganzen Batteriepack. Mit Hilfe dieser Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Batteriesystems steigern.
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Batteriemanagementsysteme bestehen aus einer Vielzahl von Steuergeräten, auf denen individuelle Softwarefunktionalitäten ablaufen. Abhängig von der Anzahl der Batteriezellen, der Anzahl der Sensoren und der Verteilung der Batteriemodule auf verschiedene Bauräume im Fahrzeug ergibt sich eine Steuergerätetopologie mit einem zentralen Steuergerät und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten für die Erfassung der Messdaten direkt an den einzelnen Batteriemodulen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten über einen Kommunikationskanal, z.B. einen CAN-Bus (CAN, Controller Area Network) ausgetauscht.
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DE 10 2010 041 492 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung einer Batterie, wobei Messgrößen wie etwa die Spannung, die Temperatur oder dergleichen erfasst werden. In programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtungen sind die Sicherheitsfunktionen durch modulare Software umgesetzt.
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EP 2 180 574 A2 zeigt ein Batteriemanagementsystem mit einer zentralen Steuereinrichtung, einer damit verbundenen Programmspeichereinrichtung, einer Datenspeichereinrichtung und einer Sensorschnittstelleneinrichtung. Die Ablaufsteuerung des Batteriemanagementsystems ist softwarebasiert.
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US 8,341,449 B2 beschreibt ein Verfahren zur Übertragung von Daten innerhalb eines Batteriemanagementsystems mit einer Batterieüberwachungseinheit, einem Kommunikationsbus und einem zentralen Steuergerät. Die Batterieüberwachungseinheit ist durch eine sogenannte Knoten-ID gekennzeichnet, welche in einer zugeordneten Hardwarekomponente gespeichert ist und von einem zugeordneten Prozessor abgerufen werden kann. Basierend auf der Knoten-ID wird eine Netzwerk-ID durch den Prozessor erzeugt. Die den Batterieüberwachungseinrichtungen zugeordneten Sensoren übermitteln unter Verwendung der Netzwerk-ID Messdaten an das zentrale Steuergerät.
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DE 10 2010 038 886 A1 beschreibt ein zentrales Batteriesteuergerät zur Überwachung mehrerer räumlich verteilter Batteriemodule mit mehreren Batteriezellen. Das zentrale Steuergerät tauscht mit den verteilten Batteriemodulen Informationen hinsichtlich der Überwachung der Spannung, der Temperatur und des Stroms der Batteriezellen aus. Die Anzahl der Batteriezellen ist in den Batteriemodulen nicht vordefiniert, sondern kann zu Beginn festgelegt werden, beispielsweise durch Konfiguration des Batteriesteuergeräts.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems, das ein zentrales Steuergerät und zumindest ein Batteriemodul mit einem Sensorsteuergerät und mit zumindest einem Zellsensor aufweist, welcher zumindest einer Batteriezelle zugeordnet ist, sind folgende Schritte vorgesehen:
- a) Ermitteln von Konfigurationsdaten jedes Batteriemoduls durch das zentrale Steuergerät, die zumindest die Angabe der Anzahl jedem Batteriemodul zugeordneter Zellsensoren umfassen,
- b) Übermitteln der Konfigurationsdaten von dem zentralen Steuergerät an jedes Sensorsteuergerät über einen Kommunikationskanal,
- c) Überprüfen der Konfigurationsdaten durch das jeweilige Sensorsteuergerät und
- d) Initialisieren jedes Batteriemoduls anhand der Konfigurationsdaten durch das jeweilige Sensorsteuergerät nach erfolgreicher Überprüfung im Schritt c).
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Erfindungsgemäß werden beim Systemstart des Batteriemanagementsystems die Konfigurationsdaten vom zentralen Steuergerät an die Sensorsteuergeräte übermittelt. Vorteilhaft können die Sensorsteuergeräte hierdurch mit einer einheitlichen Softwareversion betrieben werden, ohne dass auf den Sensorsteuergeräten ein nicht-flüchtiger Speicher verwendet wird und ohne dass jedes Sensorsteuergerät individuell mit einer eigenen Softwareversion versehen werden muss. Die Erfindung erlaubt eine Betreuung einer Vielzahl an möglichen Konfigurationen von Sensorsteuergeräten in einem Batteriepack, da softwaretechnisch ermöglicht wird, dass jedes Sensorsteuergerät die Messung über eine variable Anzahl von Zellsensoren durchführt, wobei jeder Zellsensor außerdem eine Variable Anzahl von Batteriezellen überwacht.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Bit-Länge der im Schritt b) übermittelten Konfigurationsdaten unabhängig von der Anzahl der dem Batteriemodul zugeordneten Zellsensoren. In der Praxis ist dabei eine maximale Anzahl jedem Batteriemodul zugeordneter Zellsensoren festgelegt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Batteriemodule jeweils zumindest einen Zellsensor, dem mehrere Batteriezellen zugeordnet sind. Die im Schritt a) ermittelten und im Schritt b) übermittelten Konfigurationsdaten des Batteriemoduls umfassen dabei bevorzugt die Angabe der Anzahl der jedem Zellsensor zugeordneten Batteriezellen.
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Die Bit-Länge der im Schritt b) übermittelten Konfigurationsdaten ist dabei bevorzugt unabhängig von der Anzahl der dem Zellsensor zugeordneten Batteriezellen. In der Praxis ist dabei eine maximale Anzahl der einem der Zellsensoren zugeordneten Batteriezellen festgelegt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird vom zentralen Steuergerät eine Prüfsumme der Konfigurationsdaten ermittelt, welche geeignet ist, die übermittelten Daten zu authentifizieren. Im Schritt b) werden die Konfigurationsdaten und die Prüfsumme über den Kommunikationskanal übermittelt. Das Überprüfen der Kommunikationsdaten durch das jeweilige Sensorsteuergerät im Schritt c) umfasst dabei eine Überprüfung der Prüfsumme. Das Ergebnis der Überprüfung wird bevorzugt an das zentrale Steuergerät zur weiteren Diagnose übermittelt.
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Beispielsweise können alle zu übermittelnden Konfigurationsdaten mittels einer XOR-Funktion zu einem Wert verknüpft werden. Die Prüfsumme kann auch mittels einer zyklischen Redundanzprüfung gebildet sein. Bei der zyklischen Redundanzprüfung (CRC, cyclic redundancy check) wird eine Bitfolge der zu übermittelnden Konfigurationsdaten durch ein festgelegtes Generatorpolynom, das so genannte CRC-Polynom, Modulo 2 geteilt, wobei ein Rest bleibt. Dieser Rest ist der CRC-Wert, der den zu übermittelnden Konfigurationsdaten angefügt wird.
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Alternativ hierzu kann die Prüfsumme auch mittels einer Einwegfunktion f(x, y) aus einem definierten Schlüsselwert und den zu übermittelnden Konfigurationsdaten ermittelt werden. Vorteilhaft werden dabei alle sicherheitsrelevanten Konfigurationsdaten abgesichert übertragen. Die Einwegfunktion f(x, y) → z ist dabei mit solchen Eigenschaften definiert, dass ihr Funktionswert z einfach zu berechnen ist und eine Umkehrung der Funktion sehr aufwendig und praktisch unmöglich ist. Beispiele für derartige Einwegfunktionen finden sich in der Kryptografie, beispielsweise Hash-Funktionen, insbesondere SHA-1, SHA-2 oder SHA-3, oder als Multiplikation von Primzahlen.
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Bei der Einwegfunktion f(x, y) → z ist der Wert y ein vom Sensorsteuergerät definierter Schlüsselwert. Durch den Wert y wird sichergestellt, dass die gleiche Einwegfunktion in unterschiedlichen Steuergeräten unterschiedliche Ergebnisse liefert. Jedes Sensorsteuergerät weist eigene Schlüsselwerte auf und verwendet daher bei auch gleichen zu übermittelnden Konfigurationsdaten eine von den anderen verschiedene Einwegfunktion.
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Der Eingabewert x ist durch die zu übermittelnden Konfigurationsdaten gegeben. Der Wert x und der Wert y ergeben den Schlüssel, d. h. die Information, die den kryptographischen Algorithmus parametrisiert.
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Hash-Funktionen sind dazu geeignet, die Integrität der Daten zu bestätigen. Das heißt, es ist praktisch unmöglich, durch beabsichtigte Modifikation Konfigurationsdaten zu erzeugen, die den gleichen Hash-Wert wie gegebene Konfigurationsdaten haben. Ohne Kenntnis der Berechnungsvorschrift kann ein potenzieller Angreifer keine plausible Kombination von zu übermittelnden Konfigurationsdaten und passender Signatur erzeugen, so dass eine angriffssichere Übermittlung der Konfigurationsdaten erfolgt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ermitteln von Konfigurationsdaten des Batteriemoduls durch das zentrale Steuergerät im Schritt a) durch eine Auswertung eines Speicherinhalts des zentralen Steuergeräts. Die Konfigurationsdaten können beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt sein, beispielsweise ein sogenannter EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), das heißt ein nicht-flüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann.
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Das Ermitteln von Konfigurationsdaten jedes Batteriemoduls kann alternativ hierzu auch in einer Initialisierungsphase erfolgen. In der Initialisierungsphase kann vorgesehen sein, dass die Sensorsteuergeräte die Informationen über die Anzahl jedem Batteriemodul zugeordneter Zellsensoren dem zentralen Steuergerät über einen ersten Kommunikationskanal übermitteln. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Sensorsteuergeräte die Informationen über die Anzahl jedem Batteriemodul zugeordneter Zellsensoren dem zentralen Steuergerät über den ersten Kommunikationskanal übermitteln. Das Ergebnis der Initialisierungsphase kann beispielsweise in den nicht-flüchtigen Speicher des zentralen Steuergeräts abgelegt werden, so dass bei einmalig erfolgter erfolgreicher Initialisierung im Folgenden die Konfigurationsdaten aus dem Speicher des zentralen Steuergeräts gelesen werden können.
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Auch die Software für das zentrale Steuergerät wird somit flexibel gestaltet. Bevorzugt wird keine feste Hardwarekonfiguration in dem zentralen Steuergerät hinterlegt. Die Software ist aber ausgelegt, mit nahezu beliebigen Anzahlen von Sensorsteuergeräten und Zellsensoren umzugehen. In der Praxis wird die maximale Anzahl der Zellsensoren auf einen definierten Wert festgelegt.
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Erfindungsgemäß wird außerdem eine Datenstruktur vorgeschlagen mit Konfigurationsdaten von Batteriemodulen. Die Datenstruktur wurde bei der Durchführung eines der beschriebenen Verfahren durch das zentrale Steuergerät erstellt. Die Datenstruktur wird beispielsweise von einem Sensorsteuergerät zu dessen Initialisierung ausgelesen.
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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 zum Starten eines Batteriemanagementsystems handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, DVD, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wobei das Batteriemanagementsystem ein zentrales Steuergerät aufweist und zumindest ein Batteriemodul mit einem Sensorsteuergerät und zumindest einem Zellsensor, welcher zumindest einer Batteriezelle zugeordnet ist. Das Batteriemanagementsystem umfasst
- a) Einheiten zum Ermitteln von Konfigurationsdaten jedes Batteriemoduls durch das zentrale Steuergerät, die zumindest die Angabe der Anzahl jedem Batteriemodul zugeordneter Zellsensoren umfassen,
- b) Einheiten zum Übermitteln der Konfigurationsdaten von dem zentralen Steuergerät an jedes Sensorsteuergerät über einen Kommunikationskanal,
- c) Einheiten zum Überprüfen der Konfigurationsdaten durch das jeweilige Sensorsteuergerät und
- d) Einheiten zum Initialisieren jedes Batteriemoduls anhand der Konfigurationsdaten durch das jeweilige Sensorsteuergerät nach erfolgreicher Überprüfung im Schritt c).
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Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionenbatterie oder eine Nickel-Metallhydridbatterie, zur Verfügung gestellt, die ein Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem wie zuvor beschrieben ausgebildet ist und/oder eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Die Begriffe "Batterie" und "Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder einen Batteriepack umfassen können. 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).
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen zur Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung erfolgt.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen einheitlichen Softwarestand für die Sensorsteuergeräte bereitzustellen. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Test- und Verwaltungsaufwand als bei Erstellung individueller Softwareversionen für alle vorhandenen Sensorsteuergerätekonfigurationen. Insbesondere entfällt ein aufwändiges Softwarevarianten-Handling trotz unterschiedlicher Hardware-Infrastrukturen.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Umsetzung ohne einen nicht-flüchtigen Speicher im Sensorsteuergerät durchführbar ist. Der nicht-flüchtige Speicher erweist sich über die Lebensdauer des Batteriemanagementsystems als fehleranfällig.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass der Softwarestand für das zentrale Steuergerät ebenfalls generisch gehalten wird, so dass ein geringerer Test- und Verwaltungsaufwand besteht als bei der Erstellung individueller Softwareversionen für verschiedene Batteriepack-Topologien.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems,
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2 eine weitere schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems,
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3A und 3B beispielhafte Ausgestaltungen von Batteriemodulen mit unterschiedlichen Konfigurationen,
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4 Beispiele von Datenstrukturen mit Konfigurationsdaten und
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5 einen beispielhaften Initialisierungsvorgang einer Systemtopologie.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das Batteriemanagementsystem 1 in 1 umfasst ein zentrales Steuergerät 2, welches auch als BCU (Battery Control Unit) bezeichnet werden kann und eine Anzahl von Batteriemodulen 4, welche jeweils eigene Modulsteuergeräte 6 aufweisen, welche auch als CMC (Cell Module Controller) bezeichnet werden.
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Jedem Batteriemodul 4 sind Batterieeinheiten 9 mit üblicherweise mehreren Batteriezellen 8 zugeordnet, wobei diese in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet werden, um die geforderten Leistungs- und Energiedaten mit der Batterie zu erzielen. Die einzelnen Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionenbatterien mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt. Die Kommunikation zwischen dem zentralen Steuergerät 2 und den Modulsteuergeräten 6 erfolgt über einen Kommunikationskanal 5, beispielsweise über einen CAN-Bus, und geeignete Schnittstellen 10, 12.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems 1 mit einem zentralen Steuergerät 2, Batteriemodulen 4, die Modulsteuergeräte 6 und den Modulsteuergeräten 6 zugeordnete Batteriezellen 8 aufweisen.
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Die Modulsteuergeräte 6 umfassen jeweils ein Sensorsteuergerät 14 und mehrere Zellsensoren 16, wobei jedem Zellsensor 16 mehrere Batteriezellen 8 zugeordnet sind. Die Sensorsteuergeräte 14 sind nicht notwendigerweise gleichartig ausgebildet, da je nach Bauraum jedes der Sensorsteuergeräte 14 über eine unterschiedliche Anzahl an angeschlossenen Batteriezellen 8 verfügt. Jedes Sensorsteuergerät 14 führt die Messungen über eine definierte, aber variable Anzahl an Zellsensoren 16 durch. Jeder Zellsensor 16 überwacht eine definierte, aber variable Anzahl an Batteriezellen 8. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl an möglichen Konfigurationen für die Verwendung von Sensorsteuergeräten 14 in dem Batteriemanagementsystem 1.
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3A und 3B zeigen zwei beispielhafte Ausgestaltungen von Batteriemodulen 4 mit unterschiedlichen Konfigurationen. 3A zeigt ein erstes Batteriemodul 4-1, wobei das Sensorsteuergerät 14 drei Zellsensoren 16 umfasst, die jeweils mit fünf Batteriezellen 8 verbunden sind. 3B zeigt ein zweites Batteriemodul 4-2, bei welchem dem Sensorsteuergerät 14 zwei Zellsensoren 16 zugeordnet sind, die jeweils mit sieben bzw. fünf Batteriezellen 8 verbunden sind.
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Es wäre denkbar, für jedes Sensorsteuergerät 14 eine eigene Software zu erstellen, welche die konfigurierte Anzahl an Zellsensoren 16 bzw. Batteriezellen 8 beinhaltet. Ebenfalls denkbar ist, eine Softwareversion für alle Sensorsteuergeräte 14 zu erstellen und die jeweils anzuwendende Konfiguration im nicht-flüchtigen Speicher abzulegen, z.B. bei der Produktion der Sensorsteuergeräte 14. Mit dem angegebenen Verfahren sind aber vorteilhaft unterschiedliche Anzahlen von Zellsensoren 16 und unterschiedliche Anzahlen von Batteriezellen 8 pro Zellsensor 16 mit einer einzigen Software in den Sensorsteuergeräten 14 betreibbar, ohne dass auf den Sensorsteuergeräten 14 ein nicht-flüchtiger Speicher verwendet wird. Hierdurch verringert sich der Aufwand für die Verwaltung von Softwareversionen für jede einzelne Konfiguration des Sensorsteuergeräts 16, da alle möglichen Kombinationen von Sensorsteuergeräten 16 mit der identischen Software versehen werden.
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Die Software für die Sensorsteuergeräte 14 wird flexibel gestaltet. Somit wird keine feste Hardwarekonfiguration in den Sensorsteuergeräten 14 hinterlegt. Die Software ist ausgelegt, um mit nahezu beliebigen Anzahlen von Zellsensoren 16 umzugehen, wobei in der Praxis die Anzahl der Zellsensoren 16 auf einen maximalen Wert x festgelegt ist. Zusätzlich wird die Software so entwickelt, dass die Anzahl der Batteriezellen 8 pro Zellsensor 16 frei wählbar ist, wobei in der Praxis ein maximaler Wert y angenommen wird.
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Bei einem Start der Software liegt den einzelnen Sensorsteuergeräten 14 noch keine Information über die Konfiguration der Hardware des Sensorsteuergeräts 14 vor. Bei einem Start des Batteriemanagementsystems 1 verfügt stattdessen das zentrale Steuergerät 2 über die vollständigen Hardwarekonfigurationen der einzelnen Sensorsteuergeräte 14. Über den Kommunikationskanal 5 erhält jedes einzelne Sensorsteuergerät 14 seine Konfigurationsdaten. Nach Erhalt der Konfigurationsdaten verfügt jedes Sensorsteuergerät 14 über genügend Informationen zu seiner jeweiligen Konfiguration, um Messungen durchzuführen, insbesondere die Anzahl der angeschlossenen Zellsensoren 16 und Batteriezellen 8 festzustellen. Jede Konfiguration der Sensorsteuergeräte 14 wird individuell mit den Konfigurationsdaten vom zentralen Steuergerät 2 an das betreffende Sensorsteuergerät 14 versendet. Für die Übertragung wird ein Byte-Strom aus folgenden Daten gebildet:
- – Identifikation des Sensorsteuergeräts 14 (zur Absicherung, dass die Sensorsteuergeräte 14 die korrekte Konfiguration erhalten),
- – Anzahl der angeschlossenen Zellsensoren 16 für das adressierte Sensorsteuergerät 14,
- – Anzahl der angeschlossenen Batteriezellen 8 (pro Zellsensor 16),
- – Anzahl der angeschlossenen Temperatursensoren
- – Prüfsumme, beispielsweise berechnet als XOR-Funktion über die vorherigen Bytes.
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4 zeigt Beispiele von Datenstrukturen 20 mit derartigen Konfigurationsdaten. Die Datenstrukturen 20 umfassen ein erstes Datenfeld 22 für einen Identifikator des Sensorsteuergeräts 14, ein zweites Datenfeld 24 für eine Anzahl von Zellsensoren 16, dritte Datenfelder 26 für Anzahlen von den Zellsensoren 16 zugeordneten Batteriezellen 8, vierte Datenfelder 28 für eine Anzahl von Temperatursensoren und ein fünftes Datenfeld 30 für eine Prüfsumme. Die Datenstrukturen 20 weisen eine Bit-Länge 34 auf, welche als Anzahl von Bits oder Bytes angegeben werden kann.
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Die ersten dargestellten Konfigurationsdaten betreffen ein Sensorsteuergerät 14 mit Identifikator 00101 (00101= 5), welches sechs Zellsensoren 16 aufweist, wobei den sechs Zellsensoren 16 folgende Batteriezellenanzahlen zugeordnet sind: 5, 5, 4, 6, 5, 5. Zehn Temperatursensoren sind vorhanden. Die Prüfsumme ist als eine XOR-Funktion über die vorigen Bytes gebildet, XOR (00101011; 01011011; 00110101; 10101010) = 11101111. Die erste Datenstruktur 20-1 weist eine Bit-Länge 34 von 5 Byte auf.
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Die zweiten dargestellten Konfigurationsdaten betreffen ein Sensorsteuergerät 14 (Identifikator 4) mit zwei Zellsensoren 16, sechs Batteriezellen 8 je Zellsensor 16 und fünf Temperatursensoren. Die Prüfsumme ist als eine XOR-Funktion über die vorigen Bytes gebildet, XOR (00100001; 01011010; 01010000) = 01001011. Die zweite Datenstruktur 20-2 weist eine Bit-Länge von 4 Byte auf. Die zweite Datenstruktur 20-2 umfasst einen freien Bereich 32, welcher einer einheitlichen Bit-Länge 34 der Datenstrukturen 20 geschuldet ist und den Fakt abbildet, dass bei der zweiten Datenstruktur 20-2 nur zwei Zellsensoren 16 vorhanden sind, obwohl hier maximal drei Zellsensoren 16 möglich wären.
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Der Vorgang ist über die Prüfsumme abgesichert, damit jedes Sensorsteuergerät 14 auch die korrekten Konfigurationsdaten erhält. Die korrekte Initialisierung der Sensorsteuergeräte 14 ist Voraussetzung für das korrekte Funktionieren des Batteriemanagementsystems 1. Fehler bei der Übertragung der Konfigurationsdaten werden erkannt und an das zentrale Steuergerät 2 zurückgemeldet.
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Hierzu wertet jedes Sensorsteuergerät 14 nach dem Empfang der Konfigurationsdaten die Daten aus und prüft die Prüfsumme. Wenn die Prüfsumme und der Identifikator (ID) des adressierten Sensorsteuergeräts 14 korrekt sind, konfiguriert das Sensorsteuergerät 14 seine angeschlossenen Zellsensoren 16 gemäß der Konfigurationsdaten. Es wird eine positive Rückmeldung an das zentrale Steuergerät 2 versendet. Bei fehlgeschlagener Überprüfung der Konfigurationsdaten wird das Sensorsteuergerät 14 nicht initialisiert und eine negative Rückmeldung an das zentrale Steuergerät 2 zurückgesendet.
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Zur Plausibilisierung der Konfiguration prüft jedes Sensorsteuergerät 14, ob die vom zentralen Steuergerät 2 übertragene Anzahl an Zellsensoren 16 korrekt ist. Hierzu initialisiert jedes Sensorsteuergerät 14 die Zellsensoren 16. Wenn die Initialisierung fehlschlägt, ist nicht die korrekte Anzahl an Zellsensoren 16 angeschlossen. Zusätzlich führt das Sensorsteuergerät 14 eine Messung durch und prüft die gemessenen Zellspannungen. Hierdurch kann überprüft werden, ob eine falsche Anzahl an Batteriezellen 8 vom zentralen Steuergerät 2 übermittelt wurde. Nicht angeschlossene aber konfigurierte Batteriezellen 8 liefern eine Spannung in der Nähe von 0 V. Das Ergebnis der Plausibilisierung wird an das zentrale Steuergerät 2 zur weiteren Diagnose übermittelt.
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Zur Verifikation der Konfiguration sammelt das zentrale Steuergerät 2 alle Messwerte der Sensorsteuergeräte 14 ein. Es wird nun eine Verifikation der übermittelten Hardwarekonfiguration vorgenommen, indem geprüft wird, ob die erwartete Anzahl an Zellspannungen oder Temperaturen von den jeweiligen Sensorsteuergeräten 14 übermittelt wurde.
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5 zeigt einen beispielhaften Initialisierungsvorgang einer Systemtopologie des Batteriemanagementsystems 1, welche ein zentrales Steuergerät 2, zwei erste Batteriemodule 4-1, die drei Zellsensoren 16 mit jeweils vier Batteriezellen 8 aufweisen, und drei zweite Batteriemodule 4-2 mit jeweils zwei Zellsensoren 16 umfasst, wobei ein erster Zellsensor 16 des zweiten Batteriemoduls 4-2 sieben Batteriezellen 8 aufweist und ein zweiter Zellsensor 16 des zweiten Batteriemoduls 4-2 fünf Batteriezellen 8.
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Beim Starten des zentralen Steuergeräts 2 und der Sensorsteuergeräte 14 übermitteln die Sensorsteuergeräte 14 ihre Konfiguration an das zentrale Steuergerät 2, wie anhand der Pfeile angedeutet ist. Nachdem alle Sensorsteuergeräte 14 die Information über die angeschlossenen Zellsensoren 16 und Batteriezellen 8 übermittelt haben, hat das zentrale Steuergerät 2 Kenntnis über die Gesamtkonfiguration des Batteriemanagementsystems 1 gewonnen. Mit dieser Information kann das zentrale Steuergerät 2 die notwendigen Batteriemanagementfunktionen durchführen.
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Die Software für das zentrale Steuergerät 2 ist flexibel gestaltet. Es wird also keine feste Hardwarekonfiguration im zentralen Steuergerät 2 hinterlegt. Die Software ist so ausgelegt, mit nahezu beliebigen Anzahlen von Zellsensoren 16 umzugehen, wobei in der Praxis die Anzahl der Zellsensoren 16 auf einen maximalen Wert z festgelegt wird.
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Bei dem ersten Start des Batteriemanagementsystems 1, d. h. in einer Initialisierungsphase, ermittelt das zentrale Steuergerät 2 die vollständigen Hartwarekonfigurationen der einzelnen Sensorsteuergeräte 14. Zur Vermeidung von Manipulationen und aus Gründen der Sicherheit kann die Übermittlung der Konfigurationen der einzelnen Sensorsteuergeräte 14 an das zentrale Steuergerät 2 abgesichert werden, beispielsweise über eine Verschlüsselung oder über Generierung einer Prüfsumme, die nicht trivial fälschbar ist. Die Konfigurationen können nun in einem nicht-flüchtigen Speicher des zentralen Steuergeräts 2 gespeichert werden, aus dem sie bei zukünftigen Systemstarts ausgelesen werden können.
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In den obigen Beispielen wurden an verschiedenen Stellen der Einfachheit halber nur Zellspannungssensoren betrachtet. In realisierten Batteriemanagementsystemen 1 kommen zusätzlich Temperatursensoren und/oder Stromsensoren hinzu. Die Informationen dieser Sensoren werden analog zu den Zellspannungssensoren behandelt.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010041492 A1 [0005]
- EP 2180574 A2 [0006]
- US 8341449 B2 [0007]
- DE 102010038886 A1 [0008]
