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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Batteriemanagement einer Batterie, welche mehrere Batteriezellen umfasst. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm, ein Batteriemanagementsystem, ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.
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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.
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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 Kraftfahrzeug ergibt sich dabei eine Steuergeräte-Topologie mit einem Hauptsteuergerät und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten für die Erfassung der Messwerte direkt an den einzelnen Batteriezellen und Batteriemodulen. Die erfassten Daten werden zwischen den Steuergeräten über einen Kommunikationskanal ausgetauscht.
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US 2008/0048619 zeigt ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von Akkumulatoren, welche zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehen sind, wobei eine Fehlerermittlungseinheit vorgesehen ist, welche den Ausfall von Strom- und Spannungssensoren überwacht.
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US 2010/0136390 zeigt eine Vielzahl von Batteriemodulen, welche parallel und in Serie geschaltet sind, wobei erste Steuereinheiten vorgesehen sind, die anhand von Strom- und Spannungswerten von Sensoren der Batteriemodule ermitteln, wie viel Leistung den Batteriemodulen entnehmbar und zuführbar ist, und wobei zweite Steuereinheiten vorgesehen sind, welche die Funktion der ersten Steuereinheiten überwachen und bei einer Sensoranomalität gegebenenfalls Trennvorrichtungen betätigen.
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US 2012/0221172 zeigt ein Verfahren zur Verarbeitung von Sensordaten und zur Fahrzeugsteuerung, wobei beim Ausfall von Sensordaten über eine Kommunikationseinheit alternativ Daten von Sensoren anderer Fahrzeuge verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Batteriemanagement einer Batterie, die mehrere Batteriezellen, Sensoren und Sensorsteuergeräte aufweist, ist vorgesehen, dass ein Ausfall eines Sensorsteuergeräts und/oder Sensors zumindest zeitweilig dadurch kompensiert wird, dass nicht vorhandene Messwerte des betreffenden Sensorsteuergeräts anhand von Messwerten eines weiteren Sensorsteuergeräts und zumindest eines Korrelationswertes des betreffenden Sensorsteuergeräts zu dem weiteren Sensorsteuergerät berechnet werden.
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Um die Verfügbarkeit der Batterie zu steigern, wird zumindest zeitweilig trotz ausgefallener Sensoren oder Sensorsteuergeräte ein eingeschränkter Betrieb bereitgestellt, indem das Verhalten der ausgefallenen Messwerte basierend auf früher gemessenen Werten und Korrelationen mit anderen Steuergeräten nachgebildet wird. Durch Ermittlung von charakteristischen Verhaltensweisen der Messwerte untereinander kann der Ausfall des betroffenen Sensorsteuergeräts kompensiert werden.
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Hierdurch muss die Batterie bei einem Ausfall von Sensoren oder Steuergeräten nicht den Betrieb vollständig einstellen, sondern kann in einen Notlauf gebracht werden. Im Notlauf wird der Betrieb der Batterie eingeschränkt, beispielsweise, indem Grenzen für die abrufbare Leistung gesetzt oder verengt werden. Auch kann vorgesehen sein, dass bestimmte Batteriefunktionen nicht oder nur noch eingeschränkt nutzbar sind, wie zum Beispiel die Unterstützung eines Start-Stopp-Systems in einem Kraftfahrzeug oder der Betrieb von elektrischen Verbrauchern.
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Unter „zumindest zeitweilig“ wird verstanden, dass ein Ausfall dauerhaft oder nur zeitweilig vorliegen kann, wobei „zeitweilig“ eine bestimmte Zeit andauernd bedeutet. Der Ausfall und dessen Dauer wird bevorzugt außerdem einem übergeordneten Steuergerät, beispielsweise einem Batteriemanagementsystem gemeldet, so dass entsprechende Reaktionen erfolgen können.
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Das Verfahren kann beliebige Messwerte betreffen, durch welche Batteriemanagementfunktionen realisiert werden, wie beispielsweise die Ermittlung einer voraussichtlichen Lebensdauer des Batteriesystems oder eines Gesundheitszustands (SOH, State Of Health) der Batterie. Derartige Messwerte umfassen insbesondere Zellspannungen, Zelltemperaturen, Stromstärken, Modulspannungen, Modultemperaturen. Weitere Messwerte, welche üblicherweise durch Sensorsteuergeräte erfasst und an das Sensorsteuergerät übermittelt werden, sind beispielsweise Isolationswiderstände oder Ladezustände von Zellen oder Modulen. Ebenso können Messwerte aus derartigen Größen abgeleitete Größen umfassen, beispielsweise zeitlich aufsummierte oder integrierte Größen, miteinander multiplizierte oder anderweitig aggregierte Größen. Auch Differenzwerte zwischen minimalen und maximalen Zuständen können in den abgeleiteten Messwerten enthalten sein.
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Zum Ausführen der Batteriefunktionalitäten, insbesondere der Überwachung der Batteriezellen und der Berechnungen zur Optimierung der Batterienutzung, ist eine synchrone Erfassung der einzelnen Messwerte, wie Zellspannungen, Ströme und Temperaturen, vorteilhaft. Bevorzugt werden daher die Messwerte zyklisch erfasst, beispielsweise alle 50 ms.
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Die Batterie ist bevorzugt mit einem Batteriemanagementsystem zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet. Das Batteriemanagementsystem umfasst die Sensorsteuergeräte und ein Hauptsteuergerät, wobei die Sensorsteuergeräte mit dem Hauptsteuergerät über einen Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen. Bevorzugt werden die Messwerte der Sensoren von den Sensorsteuergeräten empfangen, gegebenenfalls vorverarbeitet und über den Kommunikationskanal an das Hauptsteuergerät versendet. Die Messwerte werden von dem Hauptsteuergerät weiterverarbeitet, um die Funktion der Überwachung der Batteriefunktionalität auszufüllen.
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Bevorzugt weist die Batterie mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen, Sensoren und zumindest einem Sensorsteuergerät auf. Die Begriffe "Batterie" und "Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst eine oder mehrere Batterieeinheiten, womit eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder ein Batteriepack bezeichnet sein kann. In der Batterie sind die Batteriezellen 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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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird für jedes Batteriemodul eine bestimmte Batteriezelle als ein Korrelationspartner definiert. Korrelationswerte von jedem einzelnen Messwert zu allen anderen Messwerten zu berechnen und abzuspeichern, wird als aufwändig angesehen. Vorteilhaft wird der Ausfall mehrere Sensorsteuergeräte kompensiert, der Aufwand hierfür jedoch gering gehalten, indem eine Anzahl von Korrelationspartnern festgelegt wird, welche der Anzahl der in der Batterie vorhandenen Batteriemodule entspricht. Dies kann beispielsweise die erste Zelle an jedem angeschlossenen Batteriemodul, aber auch jede beliebige weitere Zelle sein. Pro Messzyklus werden die Korrelationswerte aller gemessenen Spannungen zu den Korrelationspartnern berechnet und gespeichert. Hierdurch wird der Speicherbedarf für die Korrelationswerte gering gehalten.
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Die Korrelationspartner können dynamisch geändert werden. Eine Neuauswahl des Korrelationspartners kann beispielsweise zyklisch erfolgen, und dadurch, dass eine Zelle mit einem typischen Verhalten im Batteriemodul bestimmt wird, wobei dieses typische Verhalten durch den Mittelwert der Batteriezellenmesswerte bestimmt sein kann oder durch den Wert der meisten Batteriezellen innerhalb des Moduls. Die Korrelationspartner können auch für verschiedene Messwerte voneinander verschieden sein.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Berechnung des Korrelationswertes eine Mittelwertbildung oder die Bildung eines Medians einer bestimmten Anzahl von zuvor berechneten Korrelationswerten. Der Mittelwert kann beispielsweise ein geometrischer oder ein arithmetischer Mittelwert sein. Die bestimmte Anzahl der für die Mittelwertbildung verwendeten Korrelationswerte wird unter Abwägung des Speicherbedarfs festgelegt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Korrelationswerte in jedem Messzyklus ermittelt. Die fortlaufende Erfassung der Korrelationswerte stellt sicher, dass die alterungsbedingten Verhaltensunterschiede der Messwerte getreu nachgebildet werden können. Eine häufige Messung und Ermittlung der Korrelationswerte erlaubt eine genaue Rekonstruktion von Messwerten.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden ein erster Korrelationswert für steigende Messwerte und ein zweiter Korrelationswert für fallende Messwerte ermittelt. Alterungsbedingt werden im Laufe der Lebensdauer der Batterien die Zellen unterschiedlich starke Schwankungen bei Lade- oder Entladevorgängen zeigen. Die Verwendung von zwei Korrelationswerten für das Laden und das Entladen der Batterie ermöglicht daher eine genauere Rekonstruktion der Messwerte ausgefallener Sensorsteuergeräte.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Korrelationswerte am Ende eines Fahrzyklus in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt. Der nicht-flüchtige Speicher ist beispielsweise ein sogenannter EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), d.h. ein nicht-flüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann. Der nicht-flüchtige Speicher ist beispielsweise ein Speicher des Hauptsteuergeräts. Beim Speichern werden eventuell aus vorherigen Fahrzyklen gespeicherte Werte mit den aktuellen Korrelationswerten abgeglichen und aktualisiert, beispielsweise durch die Mittelbildung.
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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 Software-Modul, eine Software-Routine oder eine Software-Subroutine zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems auf einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges 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, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, 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, beispielsweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet oder über eine Kommunikationsverbindung, wie eine Telefonleitung oder eine Drahtlosverbindung.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem einer Batterie, die mehrere Batteriezellen, Sensoren und Sensorsteuergeräte aufweist, vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem zumindest eine Einheit zur Ermittlung von Korrelationswerten der Sensorsteuergeräte aufweist und eine Ausfallkompensationseinheit, welche eingerichtet ist, bei einem Ausfall eines Sensorsteuergeräts und/oder Sensors nicht vorhandene Messwerte des betreffenden Sensorsteuergeräts anhand von Messwerten eines weiteren Sensorsteuergeräts und zumindest eines Korrelationswertes des betreffenden Sensorsteuergeräts zu dem weiteren Steuergerät zu berechnen.
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Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten die im Rahmen der Verfahren beschriebenen Merkmale entsprechend für das Batteriemanagementsystem und umgekehrt die im Rahmen des Batteriemanagementsystems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.
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Insbesondere weist das Batteriemanagementsystem bevorzugt ein Hauptsteuergerät und mehrere Sensorsteuergeräte auf, welche über einen Kommunikationskanal miteinander in Verbindung stehen, wobei die Sensorsteuergeräte eingerichtet sind, Messwerte der Sensoren zu empfangen, gegebenenfalls weiterzuverarbeiten und über den Kommunikationskanal an das Hauptsteuergerät zu versenden, wobei diese von dem Hauptsteuergerät weiterverarbeitet werden.
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Die Einheiten des Batteriemanagementsystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Einheiten des Batteriemanagementsystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software implementiert sind. Weiterhin können die Einheiten des Batteriemanagementsystems auch in Hardware, beispielsweise durch anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) oder in Speichereinheiten realisiert sein. Bevorzugt ist insbesondere die Ausfallkompensationseinheit als Software oder ASIC im Batteriemanagementsystem implementiert.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriesystem mit einer Batterie, welche mehrere Batteriezellen umfasst, und einem derartigen Batteriemanagementsystem bereitgestellt. Die Batterie kann insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie sein und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar sein.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem zur Verfügung gestellt, wobei dessen Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst. In einigen Varianten kann vorgesehen sein, dass die Batterie des Hybridfahrzeugs intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden kann. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen. Bei derart ausgestalteten Kraftfahrzeugen umfasst der Fahrzyklus einen Fahrbetrieb und/oder einen Ladebetrieb als Betriebsphasen, in denen Betriebsparameter als Messwerte erfasst werden.
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Um den zeitlichen Verlauf der Messwerte zu erfassen, überwachen die Sensoren einzelne Batteriezellen oder einzelne Batteriemodule kontinuierlich und stellen die entsprechenden Daten den Sensorsteuergeräten bereit. Beispielsweise können Daten zwischen den Sensoren und den Sensorsteuergeräten über einen Bus, etwa über einen SPI Bus (Serial Peripheral Interface Bus) oder einen CAN Bus (Controller Area Network Bus), ausgetauscht werden. Kontinuierlich bezeichnet hierbei, dass nach definierten Zeitintervallen oder mit einer definierten Abtastrate, beispielsweise jede Minute, Messwerte von den Sensoren erfasst werden und an die Sensorsteuergeräte übertragen werden. Zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes der Messwerte werden die erfassten Messwerte in einer Speichereinheit gespeichert. Das definierte Zeitintervall oder die definierte Abtastrate kann dabei an die Frequenz der Änderungen der Messwerte angepasst sein, wobei außerdem eine obere Grenze durch die Datenübertragungsrate des Busses zwischen den Sensoren und den Sensorsteuergeräten gegeben ist.
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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 ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem,
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2 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsparameter einer Batterie,
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3 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsparameter einer Batterie mit Darstellung eines Ausfalls eines Sensorsteuergeräts,
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4 beispielhafte Spannungswerte zweier aufeinander folgender Messzeitpunkte zweier Sensoren und
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5 beispielhafte Spannungswerte dreier aufeinander folgender Messzeitpunkte zweier Sensoren.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12.
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Das Kraftfahrzeug 10 der 1 kann als rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder als Hybridfahrzeug, das zusätzlich einen Verbrennungsmotor aufweist, ausgestaltet sein. Dazu ist das Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 14 ausgerüstet, das das Kraftfahrzeug 10 über einen Elektromotor (nicht dargestellt) zumindest teilweise elektrisch antreibt.
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Die elektrische Energie wird von einer Batterie 16 bereitgestellt. Die Batterie 16 umfasst mehrere Batteriezellen 19 oder Akkumulatorzellen, zum Beispiel Lithiumionenzellen mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 V. Die Batteriezellen 19 sind in Gruppen zu Batteriemodulen 20 zusammengefasst, und hierbei in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet, um die geforderten Leistungs- und Energiedaten mit der Batterie 16 zu erzielen.
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Die Batterie 16 ist Teil eines Batteriesystems 12, das außerdem ein Batteriemanagementsystem umfasst. Das Batteriemanagementsystem umfasst ein Hauptsteuergerät 18 und mehrere Sensorsteuergeräte 17, welche den Batteriemodulen 20 zugeordnet sind.
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Um einzelne Batteriezellen 19 oder Batteriemodule 20 zu überwachen, sind diese mit Zellsensoren 22 oder Modulsensoren 23 ausgestattet, die kontinuierlich mit definierten Abtastraten Betriebsparameter wie Spannungen, Stromstärken oder Temperaturen der einzelnen Batteriezellen 19 oder einzelnen Batteriemodule 20 als Messwerte 46 erfassen und die erfassten Messwerte 46 den Sensorsteuergeräten 17 bereitstellen. Die Sensorsteuergeräte 17 empfangen die Messwerte 46 der Zellsensoren 22 und Modulsensoren 23, statten die Messwerte 46 gegebenenfalls mit Zeitstempeln aus, verarbeiten sie vor und versenden diese über einen Kommunikationskanal 24, etwa einen SPI Bus (Serial Peripheral Interface Bus) oder einen CAN Bus (Controller Area Network Bus) an das Hauptsteuergerät 18, sodass dem Hauptsteuergerät 18 Messwertreihen der einzelnen Sensoren 22, 23 bereitgestellt werden. Die Abtastraten der Sensoren 22, 23 liegen beispielsweise bei 20 Hz, können aber je nach Betriebsparameter voneinander abweichen.
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Das Hauptsteuergerät 18 implementiert Funktionen zum Steuern und Überwachen der Batterie 16. Insbesondere weist das Hauptsteuergerät 18 eine Schnittstelle 26 zum Empfangen der Messwerte 46 auf, die von den Sensorsteuergräten 17 versendet wurden. Das Hauptsteuergerät 18 weist außerdem eine Speichereinheit 30 auf, beispielsweise einen EEPROM Speicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) oder einen RAM Speicher (Random Access Memory), in dem die erfassten Messwerte 46 vorübergehend, d. h. flüchtig, oder dauerhaft, d. h. nicht-flüchtig, gespeichert werden.
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Das Hauptsteuergerät 18 weist weiterhin eine Einheit 28 zur Ermittlung von Korrelationswerten der Sensorsteuergeräte 17 auf, deren Funktionsweise insbesondere mit Bezug zu den 4 und 5 beschrieben wird. Die Einheit 28 zur Ermittlung von Korrelationswerten speichert diese in der Speichereinheit 30.
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Das Hauptsteuergerät 18 weist außerdem eine Ausfallkompensationseinheit 32 auf, welche auf Daten aus der Speichereinheit 30 zugreift. Die Ausfallkompensationseinheit 32 ist eingerichtet, bei einem Ausfall eines Sensorsteuergeräts 17 und/oder Sensors 22, 23 nicht vorhandene Messwerte 46 des betreffenden Sensorsteuergeräts 17 anhand von Messwerten 46 eines weiteren Sensorsteuergeräts 17 und eines Korrelationswertes des betreffenden Sensorsteuergeräts 17 zu dem weiteren Steuergerät zu berechnen, wobei die Messwerte 46 und die Korrelationswerte aus der Speichereinheit 30 ermittelt und die ausgefallenen Messwerte rekonstruiert werden. Die Ausfallkompensationseinheit 32 stellt die Messwerte 46 und rekonstruierte Messwerte 42 zur Implementierung der Funktionen des Batteriemanagementsystems bereit.
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2 zeigt Spannungskurven 36 von sechs Batteriezellen 19, wobei drei Batteriezellen 19 von jeweils einem Sensorsteuergerät 17 gemessen werden. Die Spannungskurven 36 bilden den Betriebsparameter Zellspannung U als kontinuierlichen Verlauf über die Zeit t ab. Der Betriebsparameter Zellspannung U wird hier lediglich beispielhaft verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige Betriebsparameter anwendbar, welche kontinuierlich mit einer definierten Abtastrate von den Sensoren 22, 23 erfasst werden, was als Messwerte 46 in der 2 zu den verschiedenen Messzeitpunkten 38 dargestellt ist. Die Messwerte 46 zu den Messzeitpunkten 38 sind lediglich für einen Sensor 22, 23 tatsächlich dargestellt, liegen im Normalbetrieb aber für jeden Sensor 22, 23 vor.
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Anhand der dargestellten Spannungskurven 36 zeigt sich, dass sich alle Batteriezellen 19 ähnlich verhalten, sowohl während der Ladephasen (ansteigende Spannung) und Entladephasen (sinkende Spannung).
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3 zeigt die Spannungskurven 36 der beiden Sensorsteuergeräte 17 mit den Messwerten 46 der jeweils drei Batteriezellen 19 gemäß 2, wobei zu den Messzeitpunkten t3 und t4 zum Teil keine Messwerte 46 vorhanden sind. Dies kann auf den Ausfall des zweiten Sensorsteuergeräts 17 zurückgeführt werden oder auf den Ausfall der entsprechenden Zellsensoren 22, welche hier Spannungssensoren sind.
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4 zeigt beispielhaft die Spannungswerte zweier aufeinander folgender Messzeitpunkte 38, wobei die zu einem ersten Sensorsteuergerät 17 zugehörigen Spannungswerte mit dem Bezugszeichen S1 und die zu einem zweiten Sensorsteuergerät 17 zugehörigen Messwerte 46 mit dem Bezugszeichen S2 versehen sind. Im Beispiel sinkt die Zellspannung der ersten Batteriezelle 19 von 4,0 V auf 3,9 V. Die Spannung der zweiten Batteriezelle 19 sinkt von 3,9 V auf 3,75 V. Die Werte dienen lediglich der Veranschaulichung des Verfahrens und sind nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere entsprechen sie nicht exakt dem realen Verhalten von Spannungen in Batteriesystemen 12. Das stärkere Absinken der Spannung der zweiten Batteriezelle 19 ist in diesem Beispiel bewusst groß gewählt.
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Die unterschiedliche Steigung wird von der Einheit 28 zur Ermittlung von Korrelationswerten folgendermaßen in einen Zusammenhang gebracht:
- – S1: fällt von 4,0 V auf 3,9 V → –0,1 V
- – S2: fällt von 3,9 V auf 3,75 V → –0,5 V
- – Verhältnis der Steigungen S2/S1: –0,15 V/–0,1 V = 1,5
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Die Spannung S2 sinkt also um 50% als diejenige der S1, was einen Korrelationswert des zweiten Sensorsteuergeräts 17 zum ersten Sensorsteuergerät 17 (S2:S1) von 1,5 entspricht.
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Im Falle von „0 geteilt durch 0“ (also die Differenzen beider Spannungen sind 0) wird als Korrelationswert „1“ definiert. Keine Veränderung bei beiden Spannungen entspricht einer identischen Veränderung beider Spannungen per Definition. Sollte der Nenner oder der Zähler = 0 sein, lässt sich kein Korrelationswert bestimmen. In diesem Fall wird ebenfalls der Korrelationswert „1“ per Definition gewählt.
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5 zeigt beispielhaft die Spannungswerte dreier aufeinander folgender Messzeitpunkte 38, wobei die zum ersten Sensorsteuergerät 17 zugehörigen Spannungswerte mit dem Bezugszeichen S1 und die zum zweiten Sensorsteuergerät 17 zugehörigen Messwerte 46 mit dem Bezugszeichen S2 versehen sind. Anhand 5 wird die Rekonstruktion nicht vorhandener Messwerte 46 gezeigt. Es wird ein Ausfall des zweiten Sensorsteuergeräts 17 für die zweite Spannung S2 zu den Zeitpunkten t2 und t3 und ein Korrelationswert des zweiten Sensorsteuergeräts 17 zum ersten Sensorsteuergerät 17 von 1,5 angenommen. Durch das Sinken der Spannung S1 um 0,1 V zum Zeitpunkt t2 wird der ausgefallene Wert für S2 folgendermaßen berechnet: S2(t2) = S2(t1) + (S1(t2) – S1(t1))·Korrelationswert S2/S1.
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Es ergibt sich die Spannung S2(t2) = 3,9 V + (3,9 V – 4,0 V)·1,5 = 3,75 V. Analog ergibt sich die Spannung S2(t3) = 3,75 V + (3,95 V – 3,9 V)·1,5 = 3,825 V.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0048619 [0004]
- US 2010/0136390 [0005]
- US 1012/0221172 [0006]
