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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung entweder eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters in einem Batteriesystem, wobei die Werte des Batteriesystemparameters jeweils durch digitalisierte Daten repräsentiert werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen und Einheiten zur Erfassung und Digitalisierung von Batteriesystemparametern.
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Stand der Technik
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Batteriesysteme mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, insbesondere mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten nachladbaren Lithium-Ionen-Zellen, werden insbesondere in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zur Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Energie eingesetzt. Üblicherweise umfasst ein Batteriesystem darüber hinaus ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung der Batteriezellen des Batteriesystems beziehungsweise zur Überwachung und Regelung einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen des Batteriesystems, insbesondere zur Überwachung und Regelung eines oder mehrerer Batteriemodule des Batteriesystems. Ein solches Batteriemanagementsystem umfasst üblicherweise wenigstens eine Steuergeräteeinheit und Zellüberwachungseinheiten, insbesondere sogenannten Cell Supervision Circuits (CSC). Das Batteriemanagementsystem des Batteriesystems ist insbesondere dafür zuständig, dass bestimmte Batteriesystemparameter beim Betrieb des Batteriesystems vordefinierte Grenzwerte nicht überschreiten beziehungsweise nicht unterschreiten. So ist insbesondere durch das Batteriemanagementsystem sicherzustellen, dass beispielsweise Batteriezelltemperaturen oder Batteriezellspannungen als Batteriesystemparameter stets innerhalb vordefinierter Grenzen bleiben.
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Zur Überwachung und Regelung der Batteriesystemparameter weisen Batteriesysteme Einheiten zur Erfassung und Digitalisierung von Batteriesystemparametern auf. Aus der Druckschrift
DE 10 2010 063 258 A1 ist als Einheit zur Erfassung eines Batteriesystemparameters beispielsweise eine Vorrichtung zum Messen einer Zellspannung einer Batterie bekannt. Da die Batteriesystemparameter, wie bereits ausgeführt, bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten beziehungsweise nicht unterschreiten sollen, sind minimale und/oder maximale Batteriesystemparameter eines Batteriesystems von besonderer Relevanz. Damit diese minimalen und/oder maximalen Batteriesystemparameter bei der Überwachung und Regelung des Batteriesystems genutzt werden können, müssen diese innerhalb des Batteriesystems übertragen werden, insbesondere von den Einheiten zur Erfassung wenigstens eines Batteriesystemparameters an eine zentrale Steuergeräteeinheit des Batteriesystems.
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Nachteilig bei bislang im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Übertragung entweder eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters in einem Batteriesystem ist, dass diese mitunter wegen auftretender großer elektrischer Ströme und hoher Stromgradienten störanfällig sind. Darüber hinaus erfordern Verfahren zur Übertragung eines minimalen oder maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters in der Regel eine vergleichsweise aufwendige Auswertelektronik, welche, beispielsweise unter Nutzung von Komparatoreinheiten, den maximalen und/oder minimalen Batteriesystemparameter zunächst bestimmt. So sind beispielsweise zunächst sämtliche Batteriezellspannungen eines Batteriesystems zu erfassen und mittels wenigstens einer Auswerteeinrichtung auszuwerten, um die minimale und/oder die maximale Batteriezellspannung einer Mehrzahl von Batteriezellen des Batteriesystems übertragen zu können. Um die Auswertung durchführen zu können, sind dabei zunächst sämtliche erfasste Batteriesystemparameter an die wenigstens eine Auswerteeinrichtung zu übertragen, wodurch das zu übertragende Datenvolumen groß ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung die Übertragung eines minimalen oder maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters in ein Batteriesystem zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass die Übertragung weniger störanfällig ist. Darüber hinaus soll die Ermittlung der maximalen Werte eines Batteriesystemparameters vereinfacht werden. Vorteilhafterweise soll zudem die Größe des innerhalb des Batteriesystems zu übertragenen Datenvolumens reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Übertragung entweder eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters in einem Batteriesystem vorgeschlagen, wobei die Werte des Batteriesystemparameters jeweils durch digitalisierte Daten repräsentiert werden, und wobei die Übertragung des minimalen beziehungsweise des maximalen Wertes des Batteriesystemparameters mittels eines digitalen prioritätsgesteuerten Protokolls erfolgt. Vorteilhafterweise wird dabei jeder erfasste Wert des Batteriesystemparameters in einer Botschaft des Protokolls erfasst und diejenige Botschaft, in welcher der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters erfasst ist, übertragen. Batteriesystemparameter sind insbesondere die Batteriezellspannung, die Batteriezelltemperatur, der Batteriezellstrom, der Ladezustand einer Batteriezelle (SOC; SOC: State of Charge) und/oder der Alterungszustand einer Batteriezelle (SOH; SOH: State of Health). Darüber hinaus ist insbesondere vorgesehen, dass ein Batteriesystemparameter der Mittelwert eines batteriezellspezifischen Parameters eines Batteriemoduls des Batteriesystems ist.
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Ein Erfassen eines Wertes eines Batteriesystemparameters in einer Botschaft des Protokolls erfolgt insbesondere durch Übernahme des digitalisierten Wertes in die Botschaft. Ein Erfassen eines Wertes eines Batteriesystemparameters in einer Botschaft des Protokolls ist darüber hinaus insbesondere auch eine Umwandlung des digitalisierten Wertes des Batteriesystemparameters, insbesondere eine Umwandlung des digitalisierten Wertes in ein anderes Datenformat, wobei der umgewandelte Wert des Batteriesystemparameters in der Botschaft erfasst wird. Der ursprüngliche digitalisierte Wert des Batteriesystemparameters ist dabei durch entsprechende Rückumwandlung vorteilhafterweise aus dem in der Botschaft erfassten umgewandelten Wert weiter verfügbar, insbesondere für eine Empfangseinrichtung, an welche die Botschaft übertragen wurde.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass der Binärwert eines erfassten Wertes zur Priorisierung einer Botschaft des Protokolls genutzt wird, wobei vorzugsweise ein niedriger Binärwert eine hohe Priorität besitzt. Sollen maximale Werte eines Batteriesystemparameters übertragen werden, wird vorteilhafterweise jeweils aus einem gesetzten maximalen Binärwert und dem jeweiligen erfassten Wert des betreffenden Batteriesystemparameters ein Differenzwert gebildet. Dieser Differenzwert wird dann vorteilhafterweise als Wert des Batteriesystemparameters in der Botschaft erfasst und zur Priorisierung der Botschaft genutzt. Durch spätere Subtraktion des Differenzwertes von dem maximalen Binärwert kann der Differenzwert wieder in den ursprünglichen Wert des betreffenden Batteriesystemparameters umgewandelt werden.
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Vorteilhafterweise wird durch wenigstens ein Bit einer zu übertragenden Botschaft des Protokolls signalisiert, ob ein minimaler Wert eines Batteriesystemparameters oder ob ein maximaler Wert eines Batteriesystemparameters übertragen wird. Vorteilhafterweise wird durch wenigstens ein weiteres Bit der zu übertragenden Botschaft definiert, welcher Batteriesystemparameter durch die Botschaft übertragen wird. Vorteilhafterweise wird eine Übertragung eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine unter Nutzung des digitalen prioritätsgesteuerten Protokolls gesendete Anfrage nach dem betreffenden Batteriesystemparameter ausgelöst.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Botschaften des Protokolls jeweils einen Identifier aufweisen, durch welchen die Priorität der jeweiligen Botschaft beim Senden einer Botschaft bestimmt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zur Erfassung der Werte des Batteriesystemparameters in den Botschaften die Identifier zumindest teilweise aus den jeweiligen Werten des Batteriesystemparameters generiert werden, derart, dass die Prioritäten der Botschaften jeweils durch die Größe des jeweiligen erfassten Wertes des Batteriesystemparameters bestimmt werden, wobei entweder durch den minimalen oder den maximalen Wert des Batteriesystemparameters die höchste Priorität bestimmt wird. Dadurch, dass zur Vermeidung von Sendekonflikten nur die Botschaft mit der höchsten Priorität gesendet wird, wird vorteilhafterweise nur in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Batteriesystemparameter entweder der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters übertragen. Hierdurch ist vorteilhafterweise die innerhalb des Batteriesystems zu übertragene Datenmenge reduziert. Darüber hinaus kann vorteilhafterweise eine Auswerteelektronik zur Bestimmung des minimalen oder maximalen Wert eines Batteriesystemparameters entfallen, welche bei bislang bekannten Verfahren erforderlich ist, um aus einer Vielzahl von übertragenen erfassten Werten den minimalen beziehungsweise maximalen Wert des Batteriesystemparameters zu ermitteln.
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Vorzugsweise wird der Identifier einer Botschaft durch eine mehrstellige Binärzahl repräsentiert, wobei der Identifier mit der niedrigsten Binärzahl die höchste Priorität besitzt. Zur Übertragung eines minimalen Wertes des Batteriesystemparameters werden die erfassten Werte des Batteriesystemparameters dabei vorteilhafterweise jeweils in den jeweiligen Identifier geschrieben. Zur Übertragung eines maximalen Wertes des Batteriesystemparameters werden die erfassten Werte des Batteriesystemparameters dabei vorteilhafterweise jeweils von einem vorgegebenen Maximalwert subtrahiert und die jeweiligen Differenzwerte jeweils in den jeweiligen Identifier geschrieben. Hierdurch wird die Botschaft mit dem niedrigsten Binärwert im Identifier und somit mit der höchsten Priorität versendet. Hierdurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass entweder diejenige Botschaft mit dem minimalen Wert des Batteriesystemparameters oder diejenige Botschaft mit dem maximalen Wert des Batteriesystemparameters gesendet wird, je nachdem, welcher Wert angefragt worden ist.
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Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Identifier einer Botschaft eine erste Anzahl von Steuerbits, vorzugsweise zu Beginn des Identifiers, und eine zweite Anzahl von Nutzbits, vorzugsweise im Anschluss an die Steuerbits. Durch die Steuerbits wird dabei vorteilhafterweise der Batteriesystemparameter bestimmt. Durch die Nutzbits wird dabei vorteilhafterweise der jeweilige Wert des Batteriesystemparameters erfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Identifier eine erste Anzahl n von Steuerbits umfasst und eine zweite Anzahl m von Nutzbits umfasst, wobei vorzugsweise die Gesamtzahl der Bits des Identifiers gleich der Summe der ersten Anzahl n von Steuerbits und der zweiten Anzahl m von Nutzbits ist. Im einfachsten Fall dieser Ausgestaltung ist n = 1. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante des Verfahrens kann die erste Anzahl n von Steuerbits gleich der zweiten Anzahl m von Nutzbits sein, sodass n = m gilt.
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Besonders bevorzugt ist das digitale prioritätsgesteuerte Protokoll, welches das erfindungsgemäße Verfahren nutzt, ein CAN-Protokoll (CAN: Controller Area Network). Das CAN-Protokoll ist vorteilhafterweise ein robustes störunanfälliges Protokoll, welches häufig in Fahrzeugen genutzt wird. Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die erfassten Werte des Batteriesystemparameters zur Arbitrierung einer Botschaft des CAN-Protokolls genutzt. Die den zu übertragenden minimalen oder maximalen Wert eines Batteriesystemparameters umfassende Botschaft ist dabei vorteilhafterweise ein CAN-Datentelegramm. Als Identifier wird dabei vorteilhafterweise die Nachrichten-ID eines CAN-Telegramms genutzt. Dieser Identifier ist Bestandteil des sogenannten Arbitrierungsfeldes, welches üblicherweise aus einem Identifiersegment, welches üblicherweise 11 Bit oder 29 + 2 Bit umfasst, und einem RTR-Bit (RTR: Remote Transmission Request) besteht. Vorteilhafterweise können alle über das CAN-Protokoll kommunizierenden Einheiten des Batteriesystems nach dem sogenannten Start of Frame Bit (SOF, SOF: Start of Frame) den Identifier des CAN-Telegramms soweit während der Übertragung reduzieren, dass diejenige Einheit das Nachrichtentelegramm sendet, dessen Identifier den niedrigsten Wert beziehungsweise die höchste Priorität aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante wird der sogenannte Extended Identifier verwendet, bei welchem ebenfalls die erfindungsgemäß vorgesehene Arbitrierung angewendet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Steuergeräteeinheit des Batteriesystems über das digitale prioritätsgesteuerte Protokoll, vorzugsweise über das CAN-Protokoll, einen minimalen oder einen maximalen Wert eines Batteriesystemparameters von Zellüberwachungseinheiten des Batteriesystems anfordert, woraufhin die Zellüberwachungseinheiten den erfassten Wert des angeforderten Batteriesystemparameters in einer Botschaft des Protokolls erfasst. Vorteilhafterweise wird dann diejenige Botschaft übertragen, in welcher der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters erfasst ist. Ob der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters übertragen wird, hängt dabei vorteilhafterweise davon ab, ob der minimale Wert des Batteriesystemparameters oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters angefragt wurde. Die Zellüberwachungseinheiten des Batteriesystems sind vorzugsweise Cell Supervision Circuits des Batteriesystems.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Batteriesystemparameter ein von Zellüberwachungseinheiten des Batteriesystems, insbesondere ein von Cell Supervision Circuits des Batteriesystems, jeweils bestimmter Batteriesystemparameter, insbesondere eine minimale Batteriezellspannung oder eine maximale Batteriezellspannung, wobei vorteilhafterweise diejenige übertragene Botschaft, in welcher der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters erfasst ist, von den Zellüberwachungseinheiten empfangen wird. Da vorteilhafterweise sämtliche Zellüberwachungseinheiten beim Senden einer Botschaft mittels eines prioritätsgesteuerten digitalisierten Protokolls, insbesondere bei Verwendung des CAN-Protokolls, eine gesendete Nachricht mitlesen können, kennen vorteilhafterweise sämtliche Zellüberwachungseinheiten den minimalen oder maximalen Batteriesystemparameter. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheiten beziehungsweise eine Mikrocontrollereinheit der Zellüberwachungseinheiten aus den überwachten Batteriezellen die hinsichtlich der zu überwachenden Batteriesystemparameter minimalen und/oder maximalen Werte hierbei eigenständig ermitteln und diese Werte über das oben beschriebene Arbitrierungsverfahren mit den entsprechenden Werten der jeweiligen Batteriesystemparameter der anderen Batteriezellen vergleicht. Während dieser Übertragung von minimalen und/oder maximalen Werten eines Batteriesystemparameters lesen alle anderen Module des Batteriesystems dabei vorteilhafterweise die übertragenen Daten mit, sodass ohne den Umweg über eine zentrale Steuereinheit, insbesondere ohne den Umweg über eine Batterie Control Unit (BCU), alle Module des Batteriesystems den Zustand der kritischsten Zelle des Batteriesystems kennen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheiten den empfangenen minimalen oder maximalen Batteriesystemparameter auswerten und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung ein Cell Balancing durchführen. Durch das Cell Balancing wird vorteilhafterweise eine gleichmäßige Spannung von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen innerhalb des Batteriesystems ermöglicht. Vorteilhafterweise weist jede Batteriezelle des Batteriesystems je eine Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit vorteilhafterweise einen Analog-Digital-Konverter, einen Mikrokontroller, eine Kommunikationsschnittstelle und einen passiven Schaltkreis zur Durchführung des Cell Balancing umfasst.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen und Einheiten zur Erfassung und Digitalisierung von Batteriesystemparametern vorgeschlagen, welches zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem derart ausgebildet ist, dass jede Batteriezelle des Batteriesystems eine Elektronikeinheit aufweist, wobei die Elektronikeinheit einen Analog-Digital-Konverter, einen Mikrokontroller, eine Kommunikationsschnittstelle und einen passiven Schaltkreis zur Durchführung des Cell Balancing aufweist.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem;
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2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Botschaft, mit welcher ein minimaler oder ein maximaler Wert eines Batteriezellparameters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren übertragen wird; und
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3a bis 3e in einer schematischen Darstellung Ausführungsbeispiele für den Identifier einer zu übertragenden Botschaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Batteriesystems 1, welches eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen 2 aufweist. Insbesondere ist das Batteriesystem 1 zur Verwendung in Plug-In-Hybrid, Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgebildet. Die Batteriezellen 2 sind vorzugsweise nachladbare Lithium-Ionen-Zellen. Das in 1 dargestellte Batteriesystem 1 weist eine zentrale Steuergeräteeinheit 9 auf. Diese zentrale Steuergeräteeinheit 9 kann insbesondere eine sogenannte Batterie Control Unit (BCU) sein. Zur Überwachung von Batteriesystemparametern, wie insbesondere von Batteriezellspannungen weist das Batteriesystem 1 Zellüberwachungseinheiten 3 auf. Die Zellüberwachungseinheiten 3 können insbesondere sogenannte Cell Supervision Circuits (CSC) sein. Die Zellüberwachungseinheiten 3 umfassen in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, ASIC: Application Specific Integrated Circuit), welche jeweils ausgebildet ist, Zellspannungen als Zellspannungsmesswerte zu erfassen. Darüber hinaus weisen die Zellüberwachungseinrichtung 3 passive Schaltkreise 5 zur Durchführung eines Cell Balancing auf. Ferner umfassen die Zellüberwachungseinheiten 3 jeweils eine Mikrocontrollerschaltung 6, wobei erfasste Messwerte insbesondere von der Mikrocontrollerschaltung 6 über einen Isolator 7 über den Kommunikationsbus 8 an die zentrale Steuergeräteeinheit 9 übertragen werden können.
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Der Kommunikationsbus 8 des in 1 dargestellten Batteriesystems 1 ist vorzugsweise ein CAN-Bus. Das Batteriesystem 1 ist dabei ausgebildet, ein Verfahren zur Übertragung entweder eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters unter Nutzung des Kommunikationsbusses 8 auszuführen. Werte eines Batteriesystemparameters werden dabei jeweils durch digitalisierte Daten repräsentiert. Die Übertragung eines minimalen beziehungsweise eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters über den Kommunikationsbus 8 erfolgt dabei mittels eines digitalen prioritätsgesteuerten Protokolls, vorzugsweise mittels des CAN-Protokolls. Jeder erfasste Wert eines Batteriesystemparameters wird dabei in einer Botschaft des Protokolls erfasst und diejenige Botschaft, in welcher der minimale oder der maximale Wert des Batteriesystemparameters erfasst ist, übertragen. Dies erfolgt dadurch, dass jede Botschaft durch einen erfassten digitalisierten Wert eine Priorität zugewiesen bekommt, wobei diejenige Botschaft mit dem minimalen Wert eines Batteriesystemparameters beziehungsweise mit dem maximalen Wert eines Batteriesystemparameters, je nachdem welcher der Werte übertragen werden soll, die höchste Priorität aufweist. Nur die Botschaft mit der höchsten Priorität wird dann gesendet.
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Insbesondere wird bei dem in 1 dargestellten Batteriesystem 1 von den Zellüberwachungseinheiten 3 beziehungsweise von den anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen 4 der Zellüberwachungseinheiten 3 jeweils die Batteriezellspannung einer Batteriezelle 2 erfasst, sodass für jede Batteriezelle 2 eine zugehörige Batteriezellspannung erfasst ist. Fordert die zentrale Steuergeräteeinheit 9 des Batteriesystems 1 über den Kommunikationsbus 8 von den Zellüberwachungseinheiten 3 durch Senden einer Botschaft beispielsweise den minimalen Wert der Batteriezellspannung der Batteriezellen 2 des Batteriesystems 1 an, so werden die von den Zellüberwachungseinheiten 3 erfassten Batteriezellspannungen jeweils als Binärwert in den Identifier einer Botschaft des genutzten Protokolls geschrieben. Dabei gilt: je kleiner der Binärwert in dem Identifier, desto höher die Priorität der Botschaft, sodass diejenige Botschaft über den Kommunikationsbus gesendet wird, die den kleinsten Wert der Batteriezellspannung beinhaltet und somit die höchste Priorität besitzt. Vorteilhafterweise können auch die Zellüberwachungseinheiten 3 den Inhalt einer gesendeten Botschaft mitlesen, sodass sämtliche Zellüberwachungseinheiten 3 den minimalen Wert der Batteriezellspannung einer Batteriezelle 2 des Batteriesystems 1 kennen.
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Wird das CAN-Protokoll mit einem 11-bit Identifier zur Übertragung von minimalen oder maximalen Werten eines Batteriesystemparameters genutzt, kann eine Botschaft, die von der zentralen Steuergeräteeinheit 9 gesendet wird, um einen minimalen oder einen maximalen Batteriesystemparameter anzufordern beispielsweise den Identifier „01111111111“ an die Zellüberwachungseinheiten 3 übermitteln. Der gewünschte Batteriesystemparameter kann dabei beispielsweise durch das erste Bit des Identifiers angegeben werden. Alternativ kann der gewünschte Batteriesystemparameter insbesondere auch im Datenfeld der Botschaft angegeben sein.
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Auf die Anforderungsbotschaft der zentralen Steuergeräteeinheit 9 mit dem Identifier „01111111111“ antworten die Zellüberwachungseinheiten 3 dann mit einem Identifier „1xxxxxxxxxx“, wobei an Stelle von „xxxxxxxxxx“ der jeweilige Binärwert der Batteriezellspannung einer Batteriezelle 2 steht. Gemäß der dem CAN-Protokoll zugrundeliegenden Arbitrierung wird dann die minimale Batteriezellspannung übertragen, da der Identifier hier den kleinsten Binärwert und somit die höchste Priorität aufweist.
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Bei der Übermittlung des maximalen Wertes einer Batteriezellspannung anstelle des minimalen Wertes ist vorgesehen, dass der erfasste digitalisierte Wert einer Batteriezellspannung einer Batteriezelle 2 von dem Full-Scale-Wert des Identifiers, bei dem „xxxxxxxxxx“ also „1111111111“ ist, subtrahiert wird, und der Differenzwert in dem Identifier übertragen wird, damit nach dem beschriebenen Arbitrierungsprinzip wiederum jeder Identifier mit dem kleinsten Wert die höchste Priorität aufweist und die Botschaft mit diesem Identifier als erste gesendet wird.
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In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung kann zusätzlich der Extended Identifier gemäß einer Variante des CAN-Protokolls für die Übertragung der minimalen oder maximalen Werte eines Batteriesystemparameters verwendet werden. Gegebenenfalls können dabei auch Minimal- und Maximalwerte in Identifier und Extended Identifier einer Botschaft gleichzeitig übertragen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das zur Übertragung von minimalen oder maximalen Werten eines Batteriezellparameters genutzte digitale prioritätsgesteuerte Protokoll so modifiziert werden, dass die beschriebene Arbitrierung nicht nur im Identifier, sondern ebenfalls während der Übertragung der Datenbits erfolgt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das in 1 dargestellte Batteriesystem 1 derart ausgestaltet ist, dass von den Zellüberwachungseinheiten 3 des Batteriesystems 1 ein Batteriesystemparameter als kritischer Batteriesystemparameter bestimmbar ist, wobei die Zellüberwachungseinheiten 3 ausgebildet sind, diejenigen Botschaften, in welcher ein minimaler oder ein maximaler Wert dieses Batteriesystemparameters erfasst ist, zu empfangen. Dieser Wert wird von den Zellüberwachungseinheiten 3 erfasst und ausgewertet, wobei in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung unter Nutzung der passiven Schaltkreise 5 (sogenannte Balancing-Circuits) ein Cell-Balancing durchgeführt wird.
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Das Verfahren zur Übertragung eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters aus einer Mehrzahl erfasster Werte dieses Batteriesystemparameters wird anhand von 2 bis 3e näher erläutert. 2 zeigt dabei den prinzipiellen Aufbau einer Botschaft 10 des Protokolls, beispielsweise des CAN-Protokolls. Eine Botschaft 10 umfasst dabei mehrere Felder 11, 12, 13, 14. Insbesondere umfasst eine Botschaft 10 ein sogenanntes Start of Frame (SOF) Feld 11, ein Identifier Feld 12, ein Daten Feld 13 und ein End of Frame (EOF) Feld 14. Der Identifier 12 bestimmt dabei die Priorität der Botschaft 10 beim Senden. Zur Erfassung der Werte eines Batteriesystemparameters in einer Botschaft 10 wird jeweils ein Identifier 12 zumindest teilweise aus dem jeweiligen Wert des Batteriesystemparameters generiert, derart, dass die Priorität der Botschaft 10 jeweils durch die Größe des erfassten Wertes des Batteriesystemparameters bestimmt wird, wobei entweder durch den minimalen oder den maximalen Wert des Batteriesystemparameters die höchste Priorität bestimmt wird.
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Anhand von 3a bis 3e wird ein vorteilhafter Aufbau eines Identifiers 12 einer Botschaft 10 des zur Übertragung eines minimalen oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters genutzten digitalen prioritätsgesteuerten Protokolls näher erläutert. In 3a ist dazu allgemein dargestellt, dass ein Identifier 12 einer Botschaft 10 gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung zu Beginn eine erste Anzahl n von Steuerbits 15 und daran anschließend eine zweite Anzahl m von Nutzbits 16 umfasst. Durch die Steuerbits 15 wird dabei vorzugsweise der Batteriesystemparameter bestimmt und durch die Nutzbits 16 der jeweilige Wert des Batteriesystemparameters erfasst. Wird, wie besonders bevorzugt vorgesehen, das CAN-Protokoll als digitales prioritätsgesteuertes Protokoll verwendet, umfasst der Identifier 12 insgesamt elf Bits, das heißt die Summe aus n Steuerbits 15 und m Nutzbits 16 ergibt insgesamt elf.
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3b stellt beispielhaft eine mögliche Ausgestaltung eines Identifiers 12 einer Botschaft dar, bei dem die Nutzbits 16 auf den Full-Scale-Wert „1111111“ gesetzt sind. Eine Botschaft mit einem solchen Identifier 12 kann insbesondere zur Anforderung eines minimalen oder eines maximalen Batteriesystemparameters von einer Steuergeräteeinheit eines Batteriesystems an die Zellüberwachungseinheiten des Batteriesystems gesendet werden, wobei der Batteriesystemparameter vorteilhafterweise durch die vorangestellten Steuerbits 15 bestimmt wird. Wird beispielsweise von einer zentralen Steuergeräteeinheit eine minimale Batteriezellspannung angefordert, so schreiben die Zellüberwachungseinheiten an Stelle der Nutzbits 16 den jeweiligen digitalisierten Wert für die Batteriezellspannung in den Identifier 12. Durch das prioritätsgesteuerte Protokoll wird dabei nur diejenige Botschaft gesendet, welche die höchste Priorität hat, wobei die Priorität durch den Wert des Identifiers 12 festgelegt wird. Ein Identifier 12 mit einem niedriger Binärwert besitzt dabei eine hohe Priorität.
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3c zeigt beispielhaft einen Identifier 12, bei welchem die Nutzbits 16 einen erfassten Wert 18 eines Batteriesystemparameters repräsentieren. Wäre der in 3c dargestellte Identifier 12, bei dem die Nutzbits den Wert „0001001“ wiedergeben, derjenige Identifier 12 einer Botschaft mit dem niedrigsten Binärwert, so würde die Botschaft mit diesem Identifier 12 übertragen. Andernfalls würde die Botschaft mit dem ansonsten niedrigsten Identifier übertragen.
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Wird ein maximaler Wert eines Batteriesystemparameters angefordert, so wird, um das Arbitrierungsprinzip beizubehalten, ebenfalls diejenige Botschaft mit dem Identifier, der den niedrigsten Binärwert und somit die höchste Priorität aufweist, gesendet. Hierzu wird ein erfasster digitalisierter Wert eines Batteriesystemparameters in umgewandelter Form in den Identifier geschrieben. Wie in 3d exemplarisch dargestellt wird nicht der erfasste Wert eines Batteriesystemparameters als Nutzbits 16 in dem Identifier erfasst sondern es wird die Differenz aus dem Full-Scale-Wert 17, in dem Beispiel gemäß 3d also „1111111“, und dem jeweiligen erfassten Wert 18 eines Batteriesystemparameters, in dem Beispiel gemäß 3d also „1111101“, gebildet. Der daraus resultierende Differenzwert, in dem Beispiel gemäß 3d also „0000010“, wird dann als Nutzbits 16 in dem Identifier 12 erfasst. Diejenige Botschaft mit dem Identifier 12, dessen Nutzbits 16 den kleinsten Binärwert aufweisen, sodass die Botschaft die höchste Priorität besitzt, wird dann übertragen.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010063258 A1 [0004]
