DE102014000943A1

DE102014000943A1 - Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102014000943A1
Application number: DE102014000943.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-07-30

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein technisches Anwenderprogramm für die Ladeüberwachung von Halbleiterspeichern in Form einer dreidimensionalen Plasmaspulenmatrix, welches mit Hilfe eines neuartigen Regelungsprinzips unter Anwendung eines Mikroprogramms, sowie unter Zuhilfenahme einer Modellstruktur, die die Regelstrecke des Energiespeichers nachbildet, und damit einen zusätzlichen Hardwareaufwand in Form von weiteren Messwertgebern und Stellgliedern, welche einen höheren Materialaufwand bedeuten würden, vermeidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein technisches Anwenderprogramm für die Steuerung und Überwachung der dreidimensionalen Plasmaspulenmatrix im Zuge des Ladezustands von Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Der derzeitige Steuerumfang zur Ladung von elektrischen Energiespeichern umfasst lediglich die Überwachung der wichtigsten Ladeparameter in Form von Ladestrom, Ladespannung, Temperatur, Zeitmessung zur Ladezustandsüberwachung, Amperestundenzähler für Entladung/respektive Aufladung, Tests auf Verpolung, auf Tiefenentladung sowie auf Überhitzung. Weiterhin die Überwachung und Steuerung der inneren Verbindungen bei z. B in Reihe geschalteten Zellen als Schutz gegen Überladung. Die spezielle Überwachung zur Verhinderung der verringerten Zyklenfestigkeit bei Teilladung ist hier nicht zu berücksichtigen, da sie lediglich für Chemische Akkus gilt.
Aus dem DE-BP 23 51 005 ist ein elektrisches Ladegerät bekannt, welches mit einem Überladeschutz unter Berücksichtigung einer spezifischen Kennlinie sowie einem Verpolungsschutz ausgestattet ist.
Aus dem DE-BP 42 25 746 ist eine Schaltungsvorrichtung für zumindest zwei in Reihe angeschlossene Akkus inklusive einer Ladestrombegrenzerschaltung sowie einer zugehörigen Temperaturüberwachung, bei der jede einzelne Batteriezelle überwacht wird, bekannt.
Die beiden Schaltungen in den oben genannten Patente sind lediglich mit einer elektronischen Überwachung des Ladevorgangs, und im Gegensatz hierzu nicht mit einem entsprechenden Mikroprogramm ausgestattet.
Aus dem DE-BP 10 20 1000 7560 ist ein Verfahren zur Regelung von Regelgrößen durch Zustandsrückführung bekannt.
Aus dem DE-BP 10 20 1003 5918 ist ein Verfahren zur Regelung eines Signals mit einer Mehrzahl von unabhängigen Komponenten bekannt.
Aus dem DE-BP 10 20 0803 8484 ist eine Möglichkeit für die Parametrierung eines Zustandsreglers durch Eingeben eines Wertesatzes von vordefinierten Wichtungsgrößen bekannt.
Aus dem DE-GM 203 10 105 ist eine Beobachterregelung für den Einsatz in elektronischen Zündeinrichtungen von Kraftfahrzeug-Ottomotoren bekannt.
Die vier oben genannten Patent-, bzw. Gebrauchsmusterschriften nennen im allgemeinen bereits ähnliche Verfahren bzw. Regelalgorithmen, wie sie im Zuge der nachfolgend Beschreibung einer mikroprogrammierten Überwachung Verwendung finden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Punkte bzw. Nachteile unter Verwendung eines Mikroprogramms zu verbessern bzw. zu optimieren und damit technisch eine Möglichkeit zu schaffen, diese Probleme zu beseitigen.
Die Anordnung ist im Gegensatz zu herkömmlichen Anwendungen entsprechend derart aufgebaut, dass diese in Form einer Ladezustandsüberwachung auf der Grundlage eines Streckenmodells (2), welches in einem Mikroprogramm, aufgeteilt in unterschiedliche Einzelmodule, abgelegt ist, aufbauend auf einer Nachbildung der Leistungsparameter der Halbleiterspeichermatrix inklusive der ohmschen, kapazitiven und induktiven Anteile, sowie dem sich daraus ergebenden Ladestrom.
Das Prinzip für diese neue Art der Regelung beruht unter Anwendung des eingesetzten Mikroprogramms nun darauf, dass unter Zuhilfenahme einer Modellstruktur, die die Regelstrecke des Energiespeichers nachbildet, ein zusätzlicher Hardwareeinsatz in Form von weiteren Messwertgebern und Stellgliedern, welche einen höheren Materialaufwand bedeuten würden, vermieden wird.
Bei dieser Art von optimierten Regelalgorithmen können somit zusätzliche, nicht direkt hardwaremäßig im Prozess gemessene Parameter und Störgrößen unter Einsatz einer Steckennachbildung trotzdem erfasst und für die Verbesserung der Regelgüte verwendet werden.
Die Realisierung bzw. die Nachbildung der sodann im Regelkreis parallelgeschalteten Streckenmodells geschieht unter Verwendung von umfangreichen Erfahrungswerten sowie über eine computersimulierte Berechnung der Streckennachbildung.
Im übertragenen Sinne ausgedrückt, bedeutet dies, dass die korrekte Funktion des Ladereglers hier unterstützt wird, indem zusätzlich bekannte Störgrößen, wie plötzliche Laständerungen, Änderungen der Umgebungstemperatur oder der unterschiedliche Ladezustand der Speicherzellen, die auf die Strecke einwirken, unter Zuhilfenahme von auf der Grundlage der in allen Zustandsbereichen simulierten Regelstrecke und der damit realisierten Softwaremodule eliminiert werden können.
In 1 ist ein Blockschaltbild des technischen Anwenderprogramms für die Überwachung des Ladezustands eines Halbleiterspeichers dargestellt. Die Anordnung besteht dabei aus den folgenden Hauptkomponenten. Diese sind zu nennen mit dem Halbleiterspeicher (1), dem Streckenmodell (2), der elektrischen Last (4), sowie den zugehörigen Anschlüssen und den aufgeschalteten Störgrößen und weiterhin dem zugehörigen Mikroprogramm (3).
2 zeigt in detaillierter Form das Blockdiagramm für die Module 1 bis 6. Hierin sind entsprechend die Module in Form der Komparatorwerterfassung anhand der Ansteuerungsmatrix (11), der Ladestromerfassung (13) bzw. (15), dem Soll-/Istwertvergleich (14) nach Vorgabe des Streckenmodells (12), sowie dem Schnelllademodul (16) im einzelnen aufgeführt.
In 3 ist das Prinzip-Schaltbild für eine Speicherzelle inklusive Komparator (5), der Koppel- (9) und Ladespule (6) inklusive der zugehörigen parasitären Kapazität (8), sowie der entsprechenden Last (4) dargestellt. Weiterhin zeigt die 4 das Schaltbild einer Speichergruppe ähnlich den Bauteilen wie in 3, inklusive drei kompletten Speicherzellen. Hierin ist ersichtlich, das die Speicherzellen parallel miteinander verbunden sind, was jeweils mit den Leitungswiderständen (7) angedeutet wird. Die 5 zeigt schließlich das Prinzip einer Speichermatrix-Ansteuerung.
Die Funktionsweise der gesamten Anordnung lässt sich anhand der Module 1 bis 6 wie folgt beschreiben.
Wie bereits erwähnt, ist das Mikroprogramm, das somit in Form eines digitalen Reglers ausgeführt ist, in unterschiedliche Module aufgeteilt, die die folgenden Funktionen besitzen.
Während des Ladevorgangs werden die einzelnen Speicherzellen, welche wiederum in Gruppen aufgeteilt sind, jeweils separat geladen. Um nun festzustellen, ob die einzelnen Speicherzellen jeweils gleich geladen sind, werden sie einzeln über Komparatoren überwacht. Dies geschieht mit Hilfe der Matrix-Adressansteuerung über das Modul 1 (11).
Um den Aufwand von zusätzlichen Hardwarekomponenten in Form von weiteren Messwergebern möglichst auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wird, wie bereits erwähnt, in diesem Fall ein Streckenmodell der Speicheranordnung eingesetzt. Dies geschieht über das Modul 2 (12), in dem die wichtigsten Parameter des Steckenverhaltens unter Heranziehung des GM DE 203 10 105 nachgebildet sind. Somit ist es möglich, bei einem relativ geringen Schaltungsaufwand ein entsprechend gutes Regelverhalten zu erreichen.
Mit Hilfe des Modul 3 (13) erfolgt eine softwaremäßige Gesamt-Ladestromerfassung, wobei im Gegensatz hierzu zusätzlich eine getrennte detaillierte Erfassung der Einzel-Ladeströme über die Zeit t durch des Modul 5 (15) erfolgt.
Über das Modul 4 (14) erfolgt softwaremäßig ein zusätzlicher, detaillierter Soll-/Istwertvergleich nach Vorgabe durch ein vorgegebenes Streckenmodell.
Zusätzlich ist über das Modul 6 (16) noch eine softwaremäßige Schnellladungsüberwachung unter Berücksichtigung des Ladezustands der Einzelzellen sowie des Beobachter-Streckenmodells vorsehen.
Nach dem heutigen Stand der Technik bereitet es keinerlei Schwierigkeiten, das behandelte Anwenderprogramm zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterspeicher
2: Streckenmodell
3: Mikroprogramm
4: Last
5: Komparator
6: Ladespule
7: Leiterwiderstand
8: Parasitäre Kapazität
9: Koppelspule
10: Speichermatrix
11: Modul 1 Komparatorerfassung
12: Modul 2 Streckenmodell
13: Modul 3 Ladestromerfassung gesamt
14: Modul 4 Soll-/Istleistungsvergleich
15: Modul 5 Ladestromüberwachung über t
16: Modul Schnellladesteuerung
17: Taktgeber

Figurenliste
Figur zur Zusammenfassung: Blockschaltbild 1
1 Blockschaltbild
2 Blockdiagramm für Module 1–6
3 Schaltbild Speicherzelle
4 Schaltbild Speichergruppe
5 Prinzip Speichermatrix-Ansteuerung
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

DE 2351005 [0003]
DE 4225746 [0004]
DE 102010007560 [0006]
DE 102010035918 [0007]
DE 102008038484 [0008]
DE 20310105 U [0009, 0023]

Claims

Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie, bestehend aus einzelnen Mikroprogrammmodulen (11) bis (16), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladezustandsüberwachung auf der Grundlage eines Streckenmodells (2) in Form einer Nachbildung der Leistungsparameter der Halbleiterspeichermatrix, inklusive der ohmschen, kapazitiven und induktiven Anteile sowie dem sich daraus ergebenden Ladestrom, erfolgt.
Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komparatorsignalüberwachung (11) bezüglich des Ladezustands der einzelnen Speicherzellen durchgeführt wird.
Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Ladestromüberwachung (13) im Vergleich mit dem Speicherstreckenmodell (2) erfolgt.
Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge des Ladevorgangs ein Soll-/Istwertvergleich (14) des Ladezustands anhand des Speicherstreckenmodells (2) durchgeführt wird.
Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur durchgeführten Ladestromüberwachung (13) eine kontinuierliche Überwachung des Ladestromes (15) über die Zeit, inklusive einer spezifischen Ladesteuerung der einzelnen Speicherzellen mit Hilfe der Ansteuerung der Speichermatrix (10), erfolgt.
Technisches Anwenderprogramm für den Einsatz in Halbleiterverstärkern zur Speicherung von elektrischer Energie nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Schnellladung (16) über eine optimierte Verteilung der Zu- und Abschaltung einzelner Speicherzellengruppen mit Hilfe der Steuermatrixadressierung durchgeführt werden kann.