DE102014200321A1

DE102014200321A1 - Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems

Info

Publication number: DE102014200321A1
Application number: DE102014200321.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Brochhaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN105874816B; WO2015104204A1; CN105874816A; KR20160106064A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems (1) mit mindestens einem Hauptsteuergerät (2) und einer Anzahl von Modulsteuergeräten (6-1, 6-2, ... 6-n), die über einen ersten und einen zweiten Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal (5) eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Versenden zumindest eines Startsignals für die Modulsteuergeräte (6-1, 6-2, ...6-n) auf dem zweiten Kommunikationskanal durch das Hauptsteuergerät (2), Ermitteln eines eigenen Identifikators nach einem Empfang des Startsignals durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ...6-n), Versenden des ermittelten eigenen Identifikators auf dem ersten Kommunikationskanal (5) durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ...6-n), Empfangen der Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät auf dem ersten Kommunikationskanal (5) und Überprüfen der Anzahl und Reihenfolge der empfangenen Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät (2). Weiterhin werden ein Computerprogramm, ein Batteriemanagementsystem (1), eine Batterie und ein Kraftfahrzeug angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems mit mindestens einem Hauptsteuergerät und einer Anzahl von Modulsteuergeräten, die über einen ersten und einen zweiten Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm, ein Batteriemanagementsystem, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.
Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte und Steuergeräte für 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, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern.
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 dabei eine Steuergeräte-Topologie mit einem Hauptsteuergerät und mehreren untergeordneten Modulsteuergeräten für die Erfassung der Messdaten direkt an den einzelnen Batteriemodulen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten über einen Kommunikationskanal ausgetauscht, beispielsweise über einen Datenbus wie etwa einen CAN-Bus. Durch Verwendung einer hohen Anzahl an Batteriemodulen und zugehörigen Modulsteuergeräten werden die Messdaten hochfrequent auf dem Kommunikationskanal zum Hauptsteuergerät kommuniziert. Die Messfrequenz wird im Allgemeinen durch Eigenschaften des Kommunikationskanals beschränkt, beispielsweise durch eine Bandbreite auf dem Datenbus, sowie durch die Anzahl der Batteriemodule.
Um Daten zwischen dem Modulsteuergerät und dem Hauptsteuergerät auszutauschen, müssen die Daten eindeutig den Modulsteuergeräten zugewiesen werden können. Hierzu ist ein eindeutiger Identifikator nötig, der sowohl im Hauptsteuergerät als auch in dem betreffenden Modulsteuergerät hinterlegt ist und mittels dessen sich die Position des Modulsteuergeräts eindeutig im Batteriepack zuweisen lässt.
Aus WO 2012/060755 ist ein Batteriemanagementsystem mit einem Hauptsteuergerät und einer Anzahl von Modulsteuergeräten bekannt, wobei im Falle, dass das Hauptsteuergerät einen neuen Knoten erkennt, das Hauptsteuergerät dem neuen Modulsteuergerät eine eindeutige Kennung zuweist. Die Zuweisung der Identifikatoren erfolgt sequentiell. Wenn einem ersten Modulsteuergerät ein Identifikator vergeben wurde, sendet das Hauptsteuergerät ein Signal, dass es bereit ist, um ein weiteres Modulsteuergerät in den Verbund aufzunehmen. Nachteilig bei diesem System ist, dass bei jedem Start des Systems die Identifikatoren neu vergeben werden. Somit werden pro Neustart des Systems die Identifikatoren eventuell unterschiedlich über das System verteilt, so dass die Zuordnung über die Zeit mitverfolgt werden muss.
US 2012/268069 zeigt ein Verfahren zur Vergabe von Identifikatoren, wobei ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk verwendet wird. Jedes Slave-Steuergerät triggert dabei ein weiteres Slave-Steuergerät.
US 2011/273023 zeigt ein Verfahren zur Vergabe von Identifikatoren in einem Batteriemanagementsystem, wobei das Hauptsteuergerät eine erste Anfrage zur Vergabe eines Identifikators absetzt, nach Erhalt einer Antwort eines ersten Modulsteuergeräts eine zweite Anfrage absetzt, usw..
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems mit mindestens einem Hauptsteuergerät und einer Anzahl von Modulsteuergeräten, die über einen ersten und einen zweiten Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten vorgesehen:

a) Versenden zumindest eines Startsignals für die Modulsteuergeräte auf dem zweiten Kommunikationskanal durch das Hauptsteuergerät,
b) Ermitteln eines eigenen Identifikators nach einem Empfang des Startsignals durch jedes Modulsteuergerät,
c) Versenden des ermittelten eigenen Identifikators auf dem ersten Kommunikationskanal durch jedes Modulsteuergerät,
d) Empfangen der Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät auf dem ersten Kommunikationskanal und
e) Überprüfen der Anzahl und Reihenfolge der empfangenen Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät.

Im Schritt a) werden die Modulsteuergeräte sukzessive über Startsignale von dem Hauptsteuergerät gestartet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Hauptsteuergerät lediglich ein Startsignal absetzt und dass die Modulsteuergeräte eingerichtet sind, nach erfolgtem Start weiteren Modulsteuergeräten das Startsignal zu übermitteln.
Die auf dem ersten Kommunikationskanal eintreffenden Identifikatoren werden im Schritt e) von dem Hauptsteuergerät geprüft. Stimmt die Anzahl und die Reihenfolge der eintreffenden Identifikatoren, so kann von einem korrekten Systemstart ausgegangen werden. Das vorgestellte Verfahren ist auf Geschwindigkeit optimiert und erlaubt einen Einsatz in Batteriemanagementsystemen, welche einen zeitkritischen Start voraussetzen. Besonders vorteilhaft ist, dass die Verfahrensschritte a), b), c) und d) bezüglich verschiedener Modulsteuergeräte ineinander verzahnt ablaufen können, so dass das Hauptsteuergerät Startsignale für weitere Modulsteuergeräte auf dem zweiten Kommunikationskanal im Schritt a) versendet, während bereits von anderen Modulsteuergeräten auf dem ersten Kommunikationskanal versendete Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät empfangen werden. Ebenso kann aber auch der Fall vorliegen, dass das Hauptsteuergerät weitere Startsignale für die Modulsteuergeräte auf dem zweiten Kommunikationskanal im Schritt a) versendet, bevor beispielsweise ein Modulsteuergerät, für welches bereits ein Startsignal versendet wurde, den eigenen Identifikator auf dem ersten Kommunikationskanal im Schritt c) zurücksendet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird im Fall, dass die Überprüfung im Schritt e) ergibt, dass genau ein Identifikator fehlerhaft ist, der nachfolgende Verfahrensschritt ausgeführt:

f) Zuweisen eines neuen Identifikators durch das Hauptsteuergerät an das Modulsteuergerät mit dem fehlerhaften Identifikator.

Für den Fall, dass kein optimaler Startvorgang stattgefunden hat, in welchem sämtliche Identifikatoren eindeutig und fehlerfrei verteilt sind, ist also vorgesehen, dass der Fehler durch das Hauptsteuergerät korrigiert wird, ohne dass sämtliche Identifikatoren neu zugewiesen werden müssen.
Dies betrifft beispielsweise den Fall, dass ein Modulsteuergerät einen fehlerhaften Speicher aufweist und seinen Identifikator nicht mehr korrekt auslesen kann. In einem weiteren Fall kann ein Modulsteuergerät beispielsweise ausgetauscht worden sein und weist noch keinen gültigen Identifikator auf. In beiden Fällen wird das betreffende Modulsteuergerät einen Standardidentifikator zurücksenden, beispielsweise 0xFF, und signalisiert somit einen defekten Speicher oder Werkseinstellungen.
Der erste Kommunikationskanal, bzw. dessen Kommunikationsprotokoll ist bevorzugt so eingerichtet, dass jedes Modulsteuergerät nur auf Nachrichten reagiert, welche an den eigenen Identifikator gerichtet sind. Vorteilhaft kann daher die Zuweisung des neuen Identifikators durch das Hauptsteuergerät an das Modulsteuergerät mit dem fehlerhaften Identifikator im Schritt f) auf dem ersten Kommunikationskanal erfolgen. Die Modulsteuergeräte mit gültigen Identifikatoren verwerfen diese Nachricht, da sie nicht Adressat der Nachricht sind. Eine derartige Nachricht kann beispielsweise lauten: „Das Modulsteuergerät mit dem Identifikator 0xFF bekommt den neuen gültigen Identifikator CSC2“.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt:

g) Empfangen der fremden Identifikatoren durch jedes Modulsteuergerät auf dem ersten Kommunikationskanal,
h) Vergleichen der empfangenen fremden Identifikatoren mit dem ermittelten eigenen Identifikator durch jedes Modulsteuergerät und
i) Inkrementieren eines Zählers durch jedes betroffene Modulsteuergerät für jeden Fall, dass ein empfangener Identifikator mit dem eigenen Identifikator übereinstimmt.

Beim Versenden des ermittelten eigenen Identifikators auf dem ersten Kommunikationskanal durch jedes Modulsteuergerät im Schritt c) kann diese Nachricht beispielsweise als Nachricht an alle Teilnehmer gekennzeichnet sein, damit die Nachricht von keinem der weiteren Modulsteuergeräte verworfen wird. Da der erste Kommunikationskanal eine Busstruktur aufweist, welche für sämtliche Modulsteuergeräte zugängliche Informationen enthält, können diese im Startvorgang die Identifikatoren der weiteren Modulsteuergeräte empfangen, sofern sie bereits gestartet sind. Die Erhöhung des Zählers im Schritt i) dient dazu, dass für den Fall, dass mehrere Modulsteuergeräte sich mit dem gleichen Identifikator ausweisen, eine eindeutige Adressierung auf dem ersten Kommunikationskanal möglich wird.
Nach einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird in dem Fall, dass die Überprüfung in Schritt e) ergibt, dass mehrere Identifikatoren fehlerhaft sind, der nachfolgende Verfahrensschritt ausgeführt:

j) Zuweisen mehrerer Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät an die Modulsteuergeräte mit den fehlerhaften Identifikatoren, wobei die Adressierung der Modulsteuergeräte mit den fehlerhaften Identifikatoren mittels der Zähler erfolgt.

Somit bietet das Verfahren eine Rückfallebene für die Situation, dass mehr als ein Identifikator neu zugewiesen werden muss. Die eindeutige Zuweisung der neuen Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät erfolgt über den Zähler. Das Versenden der Nachricht kann daher wiederum auf dem ersten Kommunikationskanal erfolgen. Das Verfahren sieht somit auch für diesen Fall vor, dass kein optimaler Startvorgang stattgefunden hat, in welchem sämtliche Identifikatoren eindeutig und fehlerfrei verteilt sind, dass der Fehler durch das Hauptsteuergerät korrigiert wird, ohne dass sämtliche Identifikatoren neu zugewiesen werden müssen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach der Zuweisung eines oder mehrerer neuer Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät an Modulsteuergeräte mit fehlerhaften Identifikatoren eine zweite Überprüfung aller Identifikatoren. Hierdurch wird der Fall abgedeckt, dass die bisher ausgeführten Maßnahmen nicht ausreichend waren, um das System erfolgreich zu starten.
Für den Fall, dass bei der zweiten Überprüfung der Identifikatoren Fehler identifiziert werden, erfolgt bevorzugt eine sukzessive und einzelne Zuweisung der Identifikatoren durch das Hauptsteuergerät. Hierzu wird jedes Modulsteuergerät sukzessiv und einzeln gestartet. Das Hauptsteuergerät weist jedem Modulsteuergerät den eindeutigen Identifikator zu. Erst nach Abschluss der Vergabe eines Identifikators an ein erstes Modulsteuergerät wird ein nächstes Modulsteuergerät gestartet. Eine verzahnte und damit beschleunigte Ausführung der Vergabe der Identifikatoren ist damit nicht möglich. Diese Vorgehensweise wird nur angewandt, wenn ein schwerer Fehler bei der Vergabe auftritt, beispielsweise durch Defekt der verwendeten Hardware. In einem fehlerfreien System hat das vorgestellte Verfahren dauerhaft die beschriebenen Vorteile.
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 oder eines Startprogramms für ein 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, 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.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitgestellt, welches zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren eingerichtet ist, mit mindestens einem Hauptsteuergerät und einer Anzahl von Modulsteuergeräten, die über einen ersten und einen zweiten Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist.
Bevorzugt weist jedes Modulsteuergerät eine Einrichtung zum Vergleich von fremden Identifikatoren mit einem eigenen Identifikator auf und eine Einrichtung zum Inkrementieren eines Zählers, wobei die Einrichtung zum Inkrementieren des Zählers mit der Einrichtung zum Vergleich von fremden Identifikatoren mit dem eigenen Identifikator gekoppelt ist.
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 ein Batteriepack aufweisen 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).
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems,
2 eine zweite schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems,
3 eine schematische Darstellung erfindungsgemäßer Verfahrensschritte,
4 eine schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems,
5 eine weitere schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems,
6 eine weitere schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems,
7 eine weitere schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems, und
8 eine weitere schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems.
Ausführungsformen der Erfindung
Das Batteriemanagementsystem 1 in 1 umfasst ein Hauptsteuergerät 2, welches auch als BCU (Battery Control Unit) bezeichnet werden kann, und eine Anzahl von Batteriemodulen 4, welche jeweils eigene Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, ... 6-n aufweisen, die auch als CMC (Cell Module Controller) bezeichnet werden. Jedem Batteriemodul 4 sind Batterieeinheiten 8 mit üblicherweise mehreren Batteriezellen zugeordnet, wobei diese in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet werden, um die geforderten Leistungs- und Energiedaten mit dem Batteriesystem zu erzielen. Die einzelnen Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionenbatterien mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt. Die Kommunikation zwischen dem Hauptsteuergerät 2 und den Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, ... 6-n erfolgt über einen ersten Kommunikationskanal 5, beispielsweise über einen CAN-Bus, und geeignete Schnittstellen 10, 12.
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Batteriemanagementsystems 1 aus 1. Das Batteriemanagementsystem 1 in 2 umfasst in der Darstellung wiederum das Hauptsteuergerät 2 und eine Anzahl von Batteriemodulen 4, welche Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, ... 6-n aufweisen. Jedem Batteriemodul 4 sind Batterieeinheiten 8 zugeordnet. Die Kommunikation zwischen dem Hauptsteuergerät 2 und den Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, ... 6-n erfolgt über den ersten Kommunikationskanal 5 und geeignete Schnittstellen 10, 12 und über einen zweiten Kommunikationskanal 7 mit geeigneten Schnittstellen 9, 11.
Der zweite Kommunikationskanal 7 kann im Rahmen der Erfindung auch als Power_On-Signalleitung bezeichnet sein. Der zweite Kommunikationskanal 7 umfasst eine Signalleitung vom Hauptsteuergerät 2 zum ersten Modulsteuergerät 6-1, dann eine weitere Signalleitung vom ersten Modulsteuergerät 6-1 zum zweiten Modulsteuergerät 6-2, und so weiter bis zum letzten Modulsteuergerät 6-n. Die Signalleitungen des zweiten Kommunikationskanals 7 werden von dem jeweiligen Quellsteuergerät gesteuert, das heißt beispielsweise im Falle der Signalleitung vom ersten Modulsteuergerät 6-1 zum zweiten Modulsteuergerät 6-2 vom ersten Modulsteuergerät 6-1. Das Hauptsteuergerät 2 kann die Modulsteuergeräte 6-1, ... 6-n nur sukzessive der Reihe nach einschalten. Das gezielte Einschalten beispielsweise des zweiten Modulsteuergeräts 6-2 durch das Hauptsteuergerät 2 ist in dieser Konfiguration nicht möglich, da keine einzelnen Hardwareleitungen vom Hauptsteuergerät 2 zu jedem einzelnen Modulsteuergerät 6-1, 6-2, ... 6-n vorgesehen sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung von möglichen Zuständen beim Starten eines Batteriemanagementsystems 1, welches beispielsweise mit dem Bezug zu 1 und 2 beschrieben worden ist. Ein erster Zustand 14 wird als optimaler Startvorgang bezeichnet. Im ersten Zustand 14 liegt eine gültige Verifikation der Identifikatoren der Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, ... 6-n anhand der Anzahl und Reihenfolge der vom Hauptsteuergerät 2 empfangenen Identifikatoren vor. Wird in einem ersten Schritt S1 vom Hauptsteuergerät 2 ein Identifikator als falsch erkannt, so geht das Batteriemanagementsystem 1 vom ersten Zustand 14 in einen zweiten Zustand 16 über. Im zweiten Zustand 16 wird ein Identifikator neu zugewiesen. Wird in einem zweiten Schritt S2 ein weiterer Identifikator als falsch erkannt, geht das System vom zweiten Zustand 16 zu einem dritten Zustand 18 über. Im dritten Zustand 18 werden mehr als ein Identifikator neu zugewiesen. Wird in einem dritten Schritt S3 festgestellt, dass eine vollständige Neuvergabe der Identifikatoren nötig ist, so geht das System in einen vierten Zustand 20 über, bei welchem alle Identifikatoren neu zugewiesen werden. Somit werden je nach Ausprägung der Störung, das heißt ob ein Modulsteuergerät 6-1, 6-2, ... 6-n einen Defekt aufweist, mehrere oder alle, unterschiedliche Maßnahmen ergriffen, damit die eindeutige Identifikation der Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, ... 6-n möglich ist. Es ist möglich, dass das Batteriemanagementsystem 1 in einem vierten Schritt S4 direkt den vierten Zustand 20 feststellt, so dass das System vom ersten Zustand 14 direkt in den vierten Zustand 20 übergeht. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein erstes Hochfahren des Batteriemanagementsystems 1 erfolgt. In diesem Fall können sämtliche Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, ... 6-n werkseitig mit einem Standardidentifikator programmiert sein.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems 1. In 4 ist beispielhaft die Kommunikation zwischen einem Hauptsteuergerät 2 und fünf Modulsteuergeräten 6-1, ... 6-5 dargestellt. In einem Schritt S5 sendet das Hauptsteuergerät 2 über den zweiten Kommunikationskanal 7 (hier nicht dargestellt) ein Startsignal 22, beispielsweise „Start CSC1“. Da lediglich eine Verbindung des Hauptsteuergerätes 2 zum ersten Modulsteuergerät 6-1 über den zweiten Kommunikationskanal 7 besteht, ist dieses Signal eindeutig, so dass das erste Modulsteuergerät 6-1 in einem Schritt S6 einen in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegten Identifikator 23, beispielsweise „ID CSC1“, an das Hauptsteuergerät 2 zurücksendet. Der nicht-flüchtige Speicher kann beispielsweise ein sogenannter EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) sein, das heißt ein nicht-flüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann.
Das Hauptsteuergerät 2 sendet ein weiteres Startsignal 22 in einem weiteren Schritt S5, beispielsweise mit der Nachricht „Start CSC2“, hiernach noch ein weiteres. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausführung des Schrittes S5 mehrfach dargestellt, nämlich für jedes Startsignal 22 einzeln. Es versteht sich, dass auch lediglich ein Startsignal 22 von dem Hauptsteuergerät 2 ausgesendet werden kann, welches über die mit Bezug zu 2 beschriebene Leitung von jedem Modulsteuergerät 6-1, 6-2, ... 6-n aus an das nächstfolgende Modulsteuergerät 6-1, 6-2, ... 6-n weitergeleitet werden kann, so dass diese sich sequenziell triggern.
Es ergibt sich, dass die Aussendung der Startsignale 22 auf dem zweiten Kommunikationskanal 7 in den Schritten S5 und der Versand der Identifikatoren 23 auf dem ersten Kommunikationskanal 5 in den Schritten S6 ineinander verzahnt ablaufen. Beispielsweise versendet das Hauptsteuergerät 2 das Startsignal 22 „Start CSC4“ erst, nachdem es den Identifikator 23 „ID CSC1“ des ersten Modulsteuergerätes 6-1 im Schritt S6 auf dem ersten Kommunikationskanal 5 empfangen hat.
In einem Schritt S7 überprüft das Hauptsteuergerät 2 die Korrektheit der Identifikatoren 23. Die Überprüfung erfolgt lediglich anhand der Anzahl und der Reihenfolge der empfangenen Identifikatoren 23. Stimmt die Anzahl und die Reihenfolge der eintreffenden Identifikatoren 23, so befindet sich das Batteriemanagementsystem 1 im ersten Zustand 14, wie mit Bezug zu 3 beschrieben.
5 zeigt ein weiteres Beispiel eines Startvorgangs eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems 1, wobei das Beispiel einen Übergang vom ersten Zustand 14 in den zweiten Zustand 16 darstellt, wie mit Bezug zu 3 beschrieben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Kommunikation zwischen einem Hauptsteuergerät 2 und drei Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, 6-3. Wie mit Bezug zu 4 beschrieben, erfolgen in Schritten S5 und S6 das Versenden der Startsignale 22 und der Identifikatoren 23. Im Schritt S7 erfolgt eine Überprüfung der empfangenen Identifikatoren 23.
Es wird angenommen, dass das zweite Modulsteuergerät 6-2 defekt ist, beispielsweise weist es einen fehlerhaften EEPROM-Speicher auf und kann seinen Identifikator 23 nicht mehr korrekt auslesen. In diesem Fall wird der im EEPROM-Speicher des zweiten Modulsteuergerätes 6-2 gespeicherte Identifikator 23 einem Standardidentifikator (sogenannte Default-ID) entsprechen, beispielsweise „0xFF“. Der zweite Identifikator 23 wird bei der Überprüfung im Schritt S7 als falsch erkannt. In einem Schritt S8 wird dem als defekt erkannten Modulsteuergerät 6-2 ein neuer Identifikator 23 zugewiesen. Im Schritt S9 wird der neue Identifikator 23 über den ersten Kommunikationskanal 5 versendet. Hat das defekte Modulsteuergerät 6-2 auf das Startsignal 22 beispielsweise mit „ID 0xFF“ geantwortet, so lautet die über den ersten Kommunikationskanal 5 versendete Nachricht beispielsweise „CSC mit ID 0xFF bekommt ID CSC2“. Da jedes Modulsteuergerät 6-1, 6-2, 6-3 nur auf Nachrichten reagiert, welche an den eigenen Identifikator 23 gerichtet sind, werden das erste und das dritte Modulsteuergerät 6-1, 6-3 die Nachricht verwerfen und lediglich das zweite Modulsteuergerät 6-2 die Nachricht aufnehmen. In einem Schritt S10 akzeptiert das Modulsteuergerät 6-2 den neuen Identifikator 23 „CSC2“.
Mit Bezug zu 6 wird ein mögliches Startverfahren eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems 1 beschrieben, welches in einen dritten Zustand 18 gelangt, wie mit Bezug zu 3 beschrieben. Die Kommunikation erfolgt beispielhaft wiederum zwischen dem Hauptsteuergerät 2 und drei Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, 6-3. Wie mit Bezug zu 4 und 5 beschrieben, erfolgt zunächst in Schritten S5 das Versenden der Startsignale 22 und Schritten S6 das Versenden der Identifikatoren 23 auf den entsprechenden Kommunikationskanälen 5, 7. Es wird angenommen, dass in dem dargestellten Beispiel das zweite Modulsteuergerät 6-2 und das dritte Modulsteuergerät 6-3 keine gültigen Identifikatoren aufweisen. Beide Modulsteuergeräte 6-2, 6-3 senden den gleichen Identifikator 23 zurück, beispielsweise den Standardidentifikator „0xFF“. In einem Schritt S11 empfangen die Modulsteuergeräte 6-2, 6-3, welche bereits einen Identifikator 23 versendet haben, die fremden Identifikatoren 23, das heißt, sie lesen die fremden Identifikatoren mit. In Schritten S12 vergleichen diese Modulsteuergeräte 6-2, 6-3 die empfangenen fremden Identifikatoren mit den ermittelten eigenen Identifikatoren 23, und stellen dabei fest, ob ein weiteres Modulsteuergerät einen Identifikator 23 versendet, welcher mit dem eigenen versendeten Identifikator 23 übereinstimmt. Für jeden Fall, dass ein empfangener Identifikator 23 mit dem eigenen Identifikator 23 übereinstimmt, inkrementieren die betroffenen Modulsteuergeräte 6-1, 6-2, 6-3 einen Zähler. Im dargestellten Beispiel wird das dritte Modulsteuergerät 6-3 keine Nachricht eines weiteren ungültigen Identifikators mitlesen, da es das letzte fehlerhafte Modulsteuergerät 6-3 ist, welches gestartet wurde. Das vorletzte fehlerhafte Modulsteuergerät 6-2, das gestartet wurde, wird eine Nachricht mit einem Identifikator 23 mitlesen, welcher mit dem eigenen Identifikator 23 übereinstimmt. Das erste Modulsteuergerät 6-1 wird zwar zwei ungültige Identifikatoren 23 mitlesen, den Zähler jedoch nicht inkrementieren, da diese nicht mit dem eigenen Identifikator 23 übereinstimmen.
Mittels der Zähler lassen sich nun von dem Hauptsteuergerät 2 die Modulsteuergeräte 6-2, 6-3 mit ungültigem Identifikator 23 eindeutig adressieren. Bei der Überprüfung S7 der Identifikatoren 23 ergibt sich, dass zwei Identifikatoren 23 fehlerhaft sind. Das System befindet sich daher in dem dritten Zustand 18, welcher mit Bezug zu 3 beschrieben wurde, und im welchem mehr als ein Identifikator 23 neu zugewiesen werden muss. Im Schritt S8 werden die neuen Identifikatoren 23 den fehlerhaften Modulsteuergeräten zugewiesen, beispielsweise „CSC mit Zähler = 0:CSC erhält ID CSC3“ und „CSC mit Zähler = 1:CSC erhält ID CSC2“. In Schritten S9 werden diese Informationen über den ersten Kommunikationskanal 5 versendet, so dass sie sämtlichen Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, 6-3 angeboten werden. Lediglich das Modulsteuergerät 6-1, 6-2, 6-3, welches den fehlerhaften Identifikator 23 und den korrekten Zählerstand aufweist, wird die Nachricht in einem Schritt S14 aufnehmen, da es sie an sich gerichtet erkennt, und den neuen Identifikator 23 in einem Schritt S10 akzeptieren.
7 zeigt ein komplexeres Beispiel mit fünf Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-5, die, wie mit Bezug zu den vorhergehenden Figuren beschrieben, über zwei Kommunikationskanäle 5, 7 mit dem Hauptsteuergerät 2 kommunizieren. In Schritten S5 werden die Startsignale 22 vom Hauptsteuergerät 2 an die Modulsteuergeräte 6-1, ..., 6-5 versendet, und in Schritten S6 versenden die Modulsteuergeräte 6-1, ..., 6-5 auf dem ersten Kommunikationskanal 5 ihre Identifikatoren 23. Es wird angenommen, dass die Modulsteuergeräte 6-2, 6-3 und 6-4 ungültige Identifikatoren 23 aufweisen. In dem Moment, wo das dritte Modulsteuergerät 6-3 seinen Identifikator 23 versendet, wird dieser vom zweiten Modulsteuergerät 6-2 im Schritt S11 empfangen und im Schritt S12 mit dem eigenen Identifikator 23 verglichen. Das zweite Modulsteuergerät 6-2 inkrementiert daraufhin seinen Zähler. Nachdem das vierte Modulsteuergerät 6-4 seinen Identifikator 23 versendet, wird dieser vom zweiten und dritten Modulsteuergerät 6-2, 6-3 im Schritt S11 empfangen und im Schritt S12 mit dem jeweiligen eigenen Identifikator 23 verglichen. Das zweite und das dritte Modulsteuergerät 6-2, 6-3 inkrementieren daraufhin ihre Zähler. Bei der Überprüfung im Schritt S7 ergibt sich im Hauptsteuergerät 2, dass drei Identifikatoren 23 fehlerhaft sind und miteinander übereinstimmen. Das System befindet sich demnach in dem dritten Zustand 18, welcher mit Bezug zu 3 beschrieben ist. In dem Schritt S8 wird ein neuer Identifikator 23 dem zweiten Modulsteuergerät 6-2 zugewiesen, das heißt in diesem Fall dem Modulsteuergerät 6-2 mit fehlerhaftem Indikator 23 und Zählerstand zwei. Im Schritt S9 wird der neue Identifikator 23 über den ersten Kommunikationskanal 5 an alle Modulsteuergeräte 6-1, ... 6-5 versendet. Lediglich das zweite Modulsteuergerät 6-2 wird die Nachricht im Schritt S14 aufnehmen, da es sie an sich gerichtet erkennt, und im Schritt S10 den neuen Identifikator 23 akzeptieren. In einem weiteren Schritt S8 wird dem dritten Modulsteuergerät 6-3, das heißt dem Modulsteuergerät 6-3 mit fehlerhaftem Identifikator 23 und Zählerstand eins ein neuer Identifikator 23 zugewiesen. Im Schritt S9 wird der neue Identifikator 23 über den ersten Kommunikationskanal 5 an alle Modulsteuergeräte 6-1, ... 6-5 versendet. Lediglich das dritte Modulsteuergerät 6-3 wird die Nachricht im Schritt S14 aufnehmen, da es sie an sich gerichtet erkennt, und den neuen Identifikator 23 im Schritt S10 akzeptieren. Analog erfolgt die Vergabe des neuen Identifikators 23 an das vierte Modulsteuergerät 6-4. In einem Schritt S13 wird, da das System sich im dritten Zustand 18 befindet, welcher eine mehrfache Neuvergabe der Identifikatoren 23 verlangte, zur Sicherheit über eine erneute Abfrage an die Modulsteuergeräte 6-1, ... 6-5 geprüft, ob alle Identifikatoren 23 korrekt vergeben sind.
8 zeigt ein sequentielles Vergabeverfahren von Identifikatoren 23 zwischen einem Hauptsteuergerät 2 und drei Modulsteuergeräten 6-1, 6-2, 6-3, wobei dieses nicht verzahnt abläuft. Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel des Startvorgangs kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn sich das System im vierten Zustand 20 befindet, welcher mit Bezug zu 3 beschrieben wurde. Beispielsweise kann bei einer mit Bezug zu 7 beschriebenen zweiten Überprüfung S13 ein Scheitern der Vergabe der Identifikatoren 23 festgestellt worden sein. Gründe für ein Scheitern eines der mit Bezug zu 4 bis 7 beschriebenen Abläufe könnten beispielsweise sein, dass ein Mitlesen im Schritt S11 fehlgeschlagen ist. Es kann auch sein, dass ein Modulsteuergerät 6-1, ... 6-n gegen ein neues ausgetauscht wurde, wobei das neue einen gültigen Identifikator 23 aufweist, welcher bereits im System vergeben wurde. Es kann auch sein, dass zwei Modulsteuergeräte 6-1, ... 6-n im Batteriemanagementsystem 1 ausgetauscht wurden. Beim Start stellt das Hauptsteuergerät 2 fest, dass zwei gültige Identifikatoren 23 nicht in der richtigen Reihenfolge kommuniziert wurden. Hier erfolgt bevorzugt ebenfalls eine vollständige Neuvergabe der Identifikatoren 23 gemäß 8.
Bei der Durchführung der sukzessiven und einzelnen Zuweisung der Identifikatoren 23 durch das Hauptsteuergerät 2 gemäß 8 wird erst dann, wenn das erste Modulsteuergerät 6-1 seinen Identifikator 23 im Schritt S6 übermittelt hat, das Hauptsteuergerät 2 ein weiteres Startsignal 22 an das zweite Modulsteuergerät 6-2 versenden. Erst wenn das zweite Modulsteuergerät 6-2 seinen Identifikator 23 im Schritt S6 an das Hauptsteuergerät 2 versendet hat, versendet das Hauptsteuergerät 2 im Schritt S5 ein weiteres Startsignal 22 an das dritte Modulsteuergerät 6-3. Bei weiteren (nicht dargestellten) Modulsteuergeräten verläuft das Verfahren analog ab.
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
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/060755 [0006]
US 2012/268069 [0007]
US 2011/273023 [0008]

Claims

Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems (1) mit mindestens einem Hauptsteuergerät (2) und einer Anzahl von Modulsteuergeräten (6-1, 6-2, ... 6-n), die über einen ersten und einen zweiten Kommunikationskanal (5, 7) miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal (5) eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal (7) eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Versenden (S5) zumindest eines Startsignals (22) für die Modulsteuergeräte (6-1, 6-2, ... 6-n) auf dem zweiten Kommunikationskanal (7) durch das Hauptsteuergerät (2), b) Ermitteln eines eigenen Identifikators (23) nach einem Empfang des Startsignals (22) durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n), c) Versenden (S6) des ermittelten eigenen Identifikators (23) auf dem ersten Kommunikationskanal (5) durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n), d) Empfangen der Identifikatoren (23) durch das Hauptsteuergerät (2) auf dem ersten Kommunikationskanal (5) und e) Überprüfen (S7) der Anzahl und Reihenfolge der empfangenen Identifikatoren (23) durch das Hauptsteuergerät (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass die Überprüfung im Schritt e) ergibt, dass ein Identifikator (23) fehlerhaft ist, der nachfolgende Verfahrensschritt ausgeführt wird: f) Zuweisen (S8) eines neuen Identifikators (23) durch das Hauptsteuergerät (2) an das Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n) mit dem fehlerhaften Identifikator.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden: g) Empfangen (S11) der fremden Identifikatoren (23) durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n) auf dem ersten Kommunikationskanal (5), h) Vergleichen (S12) der empfangenen fremden Identifikatoren mit dem ermittelten eigenen Identifikator (23) durch jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n) und i) Inkrementieren eines Zählers durch jedes betroffene Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n) für jeden Fall, dass ein empfangener Identifikator (23) mit dem eigenen Identifikator (23) übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass die Überprüfung im Schritt e) ergibt dass mehrere Identifikatoren (23) fehlerhaft sind, der nachfolgende Verfahrensschritt ausgeführt wird: j) Zuweisen (S8) mehrerer Identifikatoren (23) durch das Hauptsteuergerät (2) an die Modulsteuergeräte (6-1, 6-2, ... 6-n) mit den fehlerhaften Identifikatoren (23), wobei die Adressierung der Modulsteuergeräte (6-1, 6-2, ... 6-n) mit den fehlerhaften Identifikatoren (23) mittels der Zähler erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zuweisung einer oder mehrerer neuer Identifikatoren (23) durch das Hauptsteuergerät (2) an Modulsteuergeräten (6-1, 6-2, ... 6-n) mit fehlerhaften Identifikatoren (23) eine zweite Überprüfung (S13) aller Identifikatoren (23) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass bei der zweiten Überprüfung der Identifikatoren (23) Fehler identifiziert werden, eine sukzessive und einzelne Zuweisung der Identifikatoren (23) durch das Hauptsteuergerät (2) durchgeführt wird.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
Batteriemanagementsystem (1) zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem Hauptsteuergerät (2) und einer Anzahl von Modulsteuergeräten (6-1, 6-2, ... 6-n), die über einen ersten und eine zweiten Kommunikationskanal (5, 7) miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Kommunikationskanal (5) eine Datenbusstruktur aufweist und der zweite Kommunikationskanal (7) eine Punkt-zu-Punkt-Struktur aufweist.
Batteriemanagementsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modulsteuergerät (6-1, 6-2, ... 6-n) eine Einrichtung zum Vergleich von fremden Identifikatoren (23) mit einem eigenen Identifikator (23) aufweist und eine Einrichtung zum Inkrementieren eines Zählers, wobei die Einrichtung zum Inkrementieren des Zählers mit der Einrichtung zum Vergleich von fremden Identifikatoren (23) mit dem eigenen Identifikator (23) gekoppelt ist.
Batterie mit einem Batteriemanagementsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 10.