DE102014210178B4 - Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems einer Batterie (16) mit mehreren Batteriemodulen (4), wobei jedes Batteriemodul (4) mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen (8) aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) und mehrere Sensorsteuergeräte (6) aufweist, wobei jedem Batteriemodul (4) ein Sensorsteuergerät (6) zugeordnet ist, wobei jedes Sensorsteuergerät (6) dazu eingerichtet ist, Spannungen der einzelnen Batteriezellen (8) zu messen und Daten an das Hauptsteuergerät (2) zu übertragen, wobei das Hauptsteuergerät (2) dazu eingerichtet ist, die Spannung an jedem Batteriemodul (4) ohne eine Beteiligung des zugehörigen Sensorsteuergeräts (6) zu messen, mit folgenden Schritten:a) Initialisieren des Hauptsteuergeräts (2) und der Sensorsteuergeräte (6),b) Ermitteln einer Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) an das Hauptsteuergerät (2) durch jedes Sensorsteuergerät (6),c) Auswählen bestimmter Batteriezellen (8) des Batteriemoduls (4) anhand der Zufallszahl durch jedes Sensorsteuergerät (6),d) Durchführen eines Ladungszustandsausgleichs der ausgewählten Batteriezellen (8) durch jedes Sensorsteuergerät (6),e) Messen der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) nach dem Ladungszustandsausgleich und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) nach dem Ladungszustandsausgleich an das Hauptsteuergerät (2) durch jedes Sensorsteuergerät (6),f) Zuordnen der Daten der Sensorsteuergeräte (6) und der ohne Beteiligung der zugehörigen Sensorsteuergeräte (6) gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen (4) zur Identifikation der Sensorsteuergeräte (6) durch das Hauptsteuergerät (2).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen aufweist.
  • Weiterhin werden ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei eine Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  • Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt. Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte und Steuergeräte für das ABS oder den Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist ein heutiger Forschungsschwerpunkt die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriepacks mit zugehörigen Batteriemanagementsystemen, d. h. Steuergeräten, welche mit einer Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet sind. Batteriemanagementsysteme gewährleisten unter anderem die sichere und zuverlässige Funktion der eingesetzten Batteriezellen und Batteriepacks. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und weitere Größen für einzelne Zellen und/oder den ganzen Batteriepack. Mit Hilfe dieser Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Batteriesystems steigern.
  • Es gibt verschiedene Architekturen, um die zu Modulen gruppierten Batteriezellen messtechnisch zu erfassen. Eine Möglichkeit besteht darin, jedes Batteriemodul mit einem Steuergerät zu versehen, welches mit einem Hauptsteuergerät beispielsweise über einen CAN-Bus (CAN, controller area network) kommuniziert. Diese im Folgenden bezeichneten Sensorsteuergeräte messen zyklisch Messwerte wie Spannungen der einzelnen Batteriezellen und Temperaturen. Die Messwerte werden zyklisch an das Hauptsteuergerät kommuniziert.
  • WO 2013 / 036 034 A2 zeigt ein Verfahren und ein System zur Zuordnung von Identifikatoren für eine Vielzahl von Sensorsteuergeräten in einem Batteriepack. Bei einem Systemstart kombiniert jedes Sensorsteuergerät mehrere digitale Spannungsmessungen und generiert hieraus einen Initialidentifikator, welcher dem Hauptsteuergerät kommuniziert wird. Auf Basis der Initialidentifikatoren ermittelt das Hauptsteuergerät gültige Identifikatoren für jedes Sensorsteuergerät.
  • JP 2002-110259 A zeigt ein System mit einem Hauptsteuergerät und einer Mehrzahl von Sensorsteuergeräten, wobei zur Generation eines temporären Identifikators ebenfalls Zufallszahlen verwendet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät und mehrere Sensorsteuergeräte aufweist, wobei jedem Batteriemodul ein Sensorsteuergerät zugeordnet ist, wobei jedes Sensorsteuergerät dazu eingerichtet ist, Spannungen der einzelnen Batteriezellen zu messen und Daten an das Hauptsteuergerät zu übertragen, wobei das Hauptsteuergerät dazu eingerichtet ist, die Spannung an jedem Batteriemodul ohne eine Beteiligung des zugehörigen Sensorsteuergeräts zu messen, sind folgende Schritte vorgesehen:
    1. a) Initialisieren des Hauptsteuergeräts und der Sensorsteuergeräte,
    2. b) Ermitteln einer Zufallszahl und von Spannungen an den einzelnen Batteriezellen und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen an das Hauptsteuergerät durch jedes Sensorsteuergerät,
    3. c) Auswählen bestimmter Batteriezellen des Batteriemoduls anhand der Zufallszahl durch jedes Sensorsteuergerät,
    4. d) Durchführen eines Ladungszustandsausgleichs der ausgewählten Batteriezellen durch jedes Sensorsteuergerät,
    5. e) Messen der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen nach dem Ladungszustandsausgleich und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen nach dem Ladungszustandsausgleich an das Hauptsteuergerät durch jedes Sensorsteuergerät,
    6. f) Zuordnen der Daten der Sensorsteuergeräte und der ohne Beteiligung der zugehörigen Sensorsteuergeräte gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen zur Identifikation der Sensorsteuergeräte durch das Hauptsteuergerät.
  • Die durch das Hauptsteuergerät ohne Beteiligung der Sensorsteuergeräte ermittelten Spannungswerte an den Batteriemodulen können dabei während des Betriebs des Batteriemanagementsystems beispielsweise zu Sicherheits- und Resonanzzwecken weiter gemessen und verwendet werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die vom Sensorsteuergerät ermittelte Zufallszahl eine ganze Zahl ausgewählt aus dem Bereich 0 bis 2 hoch n, wobei n die Anzahl der Batteriezellen des betreffenden Batteriemoduls ist. In einer binären Darstellung ist die Zufallszahl also mindestens n Bit breit.
  • Die Wahrscheinlichkeit eines Konflikts einer gleichen Zufallszahl ist dabei sehr gering, da der Bereich der Zufallszahl relativ groß gewählt ist. Sind an einem Sensorsteuergerät beispielsweise sechs Batteriezellen angeschlossen, so liegt die Zufallszahl im Bereich von 1 bis 64. Bei beispielsweise sechs Zellen pro Sensorsteuergerät ist die Wahrscheinlichkeit für einen Konflikt der Zufallszahlen bei der Identifikationsvergabe (1/64)2.
  • Nach einer Ausführungsform ist daher für den Fall, dass das Hauptsteuergerät nach Schritt b) feststellt, dass mehrere Sensorsteuergeräte identische Zufallszahlen ermittelt haben, vorgesehen, dass das Hauptsteuergerät die betreffenden Sensorsteuergeräte anweist, bei Schritt b) neu zu beginnen.
  • Die Adressierung ist dabei jeweils über die Zufallszahlen der Sensorsteuergeräte möglich. Über diesen Schritt werden eventuelle Konflikte bei der Identifikationsvergabe aufgelöst.
  • Im Schritt c) ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zufallszahl in einer Binärdarstellung verwendet wird. Die Zufallszahl 37 entspricht beispielsweise der Binärzahl 100101. Jede Ziffer der Binärzahl entspricht einer in dem Batteriemodul verschalteten Batteriezelle. Die Binärzahl 100101 weist den Zellen 6, 3 und 1 jeweils eine 1 zu, den Zellen 5, 4 und 2 eine 0. Eine 1 entspricht dabei einer Auswahl der Batteriezellen zum Durchführen eines Ladungszustandsausgleichs und eine 0 dem Fakt, dass die entsprechende Batteriezelle nicht ausgewählt wird.
  • Beispiel mit drei Sensorsteuergeräten:
    • • Annahme: Ein aktivierter Zell-Ladungszustandsausgleich führt zu einem Spannungseinbruch von 20 mV an der betroffenen Zelle.
    • • Zufallszahl Sensorsteuergerät 1: 35, binär 100011-aktivierter Ladungszustandsausgleich an 3 Zellen → Spannungseinbruch Modul 1: 60 mV
    • • Zufallszahl Sensorsteuergerat 2: 17, binär 010001-aktivierter Ladungszustandsausgleich an 2 Zellen →Spannungseinbruch Modul 2: 40 mV
    • • Zufallszahl Sensorsteuergerat 3; 63, binär 111111 -aktivierter Ladungszustandsausgleich an 6 Zellen →Spannungseinbruch Modul 3: 120 mV
  • Das BMS-Steuergerät kann nur erkennen, für wie viele Batteriezellen der Ladungszustandsausgleich aktiviert wurde, aber nicht, an welchen Zellen genau dies vorgenommen wurde. So kann es zu Konflikten kommen, wenn auf zwei Sensorsteuergeräten zwar eine unterschiedliche Zufallszahl erzeugt wurde, aber für die gleiche Anzahl an Zellen der Ladungszustandsausgleich aktiviert wurde. Das BMS-Steuergerat kann anhand der unterschiedlichen Zufallszahlen erkennen, dass es Messwerte von unterschiedlichen Sensor-Steuergeraten empfangen hat, kann aber keine Zuordnung von Modulspannungen und Modulen durchführen. Die Wahrscheinlichkeit eines Konflikts ist hierbei höher. Bei 6 Zellen pro Sensor-Steuergerät gibt es zwei Sensorsteuergeräte mit gleicher Anzahl an aktivierten Zellen mit der Wahrscheinlichkeit (1/6)2.
  • Nach einer Ausführungsform ist daher für den Fall, dass das Hauptsteuergerät nach Schritt b) feststellt, dass mehrere Sensorsteuergeräte anhand der Zufallszahlen eine gleiche Anzahl von Batteriezellen des Batteriemoduls auswählen, vorgesehen, dass das Hauptsteuergerät die betreffenden Sensorsteuergeräte anweist, bei Schritt b) neu zu beginnen.
  • Die Adressierung ist dabei jeweils über die eindeutigen Zufallszahlen der Sensorsteuergeräte möglich. Über diesen Schritt werden weitere eventuelle Konflikte bei der Identifikationsvergabe aufgelöst.
  • Für den Fall, dass auch weiterhin im Schritt f) eine eindeutige Zuordnung nicht möglich ist, ist vorgesehen, dass das Hauptsteuergerät die Sensorsteuergeräte, deren Zuordnung nicht möglich ist, dazu anweist, die Schritte b) bis e) zu wiederholen. Hieraufhin versucht das Hauptsteuergerät, die Zuordnung im Schritt f) abzuschließen. Insbesondere bei Batteriesystemen, in denen es mehr Zellen pro Modul gibt als Module im System, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Identifikationsvergabe erheblich beschleunigt.
  • Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zum Starten eines Batteriemanagementsystems handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, Blu-ray-Disc, 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) zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wobei das Batteriemanagementsystem bei einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen eingesetzt wird, wobei jedes Batteriemodul mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen aufweist. Das Batteriemanagementsystem weist ein Hauptsteuergerät und mehrere Sensorsteuergeräte auf, wobei jedem Batteriemodul ein Sensorsteuergerät zugeordnet ist. Jedes Sensorsteuergerät ist dazu eingerichtet, Spannungen der einzelnen Batteriezellen zu messen und Daten an das Hauptsteuergerät zu übertragen. Das Hauptsteuergerät ist dazu eingerichtet, die Spannung an jedem Batteriemodul ohne eine Beteiligung des zugehörigen Sensorsteuergeräts zu messen. Das Batteriemanagementsystem umfasst
    1. a) Einheiten der Sensorsteuergeräte zur Ermittlung von Zufallszahlen und zur Auswahl von Batteriezellen des betreffenden Batteriemoduls anhand von Zufallszahlen,
    2. b) Einheiten der Sensorsteuergeräte zur Durchführung eines Ladungszustandsausgleichs von ausgewählten Batteriezellen,
    3. c) Einheiten des Hauptsteuergeräts zur Zuordnung der Daten der Sensorsteuergeräte und der gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen zur Identifikation der Sensorsteuergeräte.
  • Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für das Batteriemanagementsystem und umgekehrt die im Rahmen des Batteriemanagementsystems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.
  • 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 auf einem Steuergerät implementiert sind. Die Einheiten des Batteriemanagementsystems können auch in Hardware-Bausteinen implementiert sein, beispielsweise durch Sensoreinheiten, Speichereinheiten, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC, Application Specific Circuit) oder Microcontroller.
  • 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.
  • 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).
  • Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie des Batteriesystems 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 erfasst werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein Vorteil des vorgeschlagenen Systems liegt darin, dass die Sensorsteuergeräte identischer Bauart sein können. Sie müssen beispielsweise ab Werk nicht mit einem eindeutigen Identifikator versehen sein. Insbesondere müssen die Sensorsteuergeräte nicht zwangsläufig nicht-flüchtige Speicher aufweisen, in denen beispielsweise die eindeutigen Identifikatoren abgelegt werden müssen. Die Vergabe von eindeutigen Identifikatoren erfolgt während der Laufzeit des Batteriemanagementsystems. Die Zuordnung der Sensorsteuergeräte zu den gemessenen Spannungen der Batteriemodule geht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach dem Abschalten des Batteriemanagementsystems verloren.
  • Vorteilhaft wird ausgenutzt, dass der Ladungszustandsausgleich (balancing) einer definierten Anzahl an Batteriezellen in einem messbaren Einbruch der Zellspannung resultiert. Durch Kombination der Messwerte der durch den Ladungszustandsausgleich belasteten Batteriezellen und den am Hauptsteuergerät gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen kann der Verbauort der einzelnen Batteriemodule eindeutig und mit großer Sicherheit bestimmt werden.
  • Das Verfahren zeichnet sich durch eine besondere Robustheit aus, da mögliche Mehrdeutigkeiten bei der Vergabe von Identifikatoren erkannt werden können. Vorteilhaft wird auf komplexe Hardwareschaltungen zur sequentiellen Einschaltung von Sensorsteuergeräten verzichtet. Die vorgestellte Vergabe von eindeutigen Identifikatoren zum Systemstart kann vor der Freigabe der Batterieleistung an das Fahrzeug schnell durchgeführt werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems und
    • 2 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das Batteriesystem 1 in 1 umfasst ein Hauptsteuergerät 2, welches auch als BCU (Battery Control Unit) bezeichnet werden kann und eine Batterie 16 mit einer Anzahl von Batteriemodulen 4, welche jeweils eigene Sensorsteuergeräte 6 aufweisen, welche auch als CMC (Cell Module Controller) bezeichnet werden. Das Hauptsteuergerät 2 implementiert Funktionen zum Steuern und Überwachen der Batterie 16.
  • Jedem Batteriemodul 4 sind hier beispielhaft sechs Batteriezellen 8 zugeordnet, wobei diese in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet sein können, um geforderte Leistungs- und Energiedaten mit der Batterie 16 zu erzielen. Die einzelnen Batteriezellen 8 sind beispielsweise Lithium-Ionenbatterien mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt. Die Kommunikation zwischen dem Hauptsteuergerät 2 und den Sensorsteuergeräten 6 erfolgt über einen Kommunikationskanal 5, beispielsweise über einen CAN-Bus, und geeignete Schnittstellen 10, 12.
  • Das Hauptsteuergerät 2 ist außerdem dazu eingerichtet, die Spannung an jedem Batteriemodul 4 ohne Beteiligung der Sensorsteuergeräte 6 zu messen. Hierzu sind separate elektrische Leitungen 18 vorgesehen.
  • Die Sensorsteuergeräte 6 steuern typischerweise Zellüberwachungseinheiten oder Modulüberwachungseinheiten (beides nicht dargestellt), welche kontinuierlich, mit definierten Abtastraten, Betriebsparameter wie Spannungen, Stromstärken oder Temperaturen einzelner Batteriezellen 8 oder einzelner Batteriemodule 4 als Messwerte erfassen und die erfassten Messwerte den Sensorsteuergeräten 6 bereitstellen. Das Hauptsteuergerät 2 empfängt die Betriebsparameter über die Schnittstelle 12.
  • Erfindungsgemäß weist das Hauptsteuergerät 2 Einheiten zur Zuordnung der Daten der Sensorsteuergeräte 6 und der gemessenen Spannung an den Batteriemodulen 4 zur Identifikation der Sensorsteuergeräte 6 auf.
  • Die Sensorsteuergeräte 6 weisen Einheiten zur Ermittlung von Zufallszahlen auf, sowie Einheiten zur Auswahl von Batteriezellen 8 des betreffenden Batteriemoduls 4 anhand von Zufallszahlen. Die Sensorsteuergeräte 6 weisen außerdem Einheiten zur Durchführung eines Ladungszustandsausgleichs von ausgewählten Batteriezellen 8 auf.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 100 erfolgt ein Systemstart. In einem Schritt 102 erfolgt eine Initialisierung des Hauptsteuergeräts 2 und der Sensorsteuergeräte 6. Im Schritt 104 ermitteln die Sensorsteuergeräte 6 jeweils eine Zufallszahl.
  • Im Schritt 106 führt jedes Sensorsteuergerät 6 Messungen von Zellspannungen durch und sendet die Messwerte und die Zufallszahlen an das Hauptsteuergerät 2.
  • Im Schritt 108 führt jedes Sensorsteuergerät 6 abhängig von der eigenen Zufallszahl einen Ladungszustandsausgleich der ausgewählten Batteriezellen 8 durch.
  • Im Schritt 110 führt jedes Sensorsteuergerät 6 wiederum Messungen der Zellspannungen durch und sendet die Messwerte und die Zufallszahl wieder an das Hauptsteuergerät 2.
  • Im Schritt 112 analysiert das Hauptsteuergerät 2 die Messwerte.
  • Im Schritt 114 stellt das Hauptsteuergerät 2 fest, ob eine eindeutige Identifikation möglich ist. Für den Fall, dass dies nicht möglich ist, fordert das Hauptsteuergerät 2 im Schritt 116 eine neue Vergabe der Zufallszahlen an. Das Verfahren wird hiernach ab dem Schritt 104 weiter durchgeführt.
  • Für den Fall, dass eine eindeutige Identifikation im Schritt 114 möglich war, startet das Batteriemanagementsystem im Schritt 118. Schritt 120 zeigt das Ende des Initialisierungsvorgangs, wobei nun eine eindeutige Verknüpfung der Zufallszahlen mit jedem Modul erfolgt ist.
  • Es kann sein, dass das Hauptsteuergerät 2 bereits nach dem Schritt 106 feststellt, dass ein Konflikt wegen der gewählten Zufallszahlen vorliegt. Das Hauptsteuergerät 2 kann bevorzugt bereits vor Schritt 114 eingreifen und eine neue Vergabe der Identifikatoren anfordern, beispielsweise vor Schritt 108, 110, 112 oder zeitgleich mit diesen Schritten (nicht dargestellt).
  • Beispiel 1 (kein Konflikt):
    • Das Beispiel bezieht sich auf 3 Sensorsteuergeräte mit jeweils 6 Batteriezellen, einer Batteriespannung pro Zeile in Höhe von 4 V und einem Einbruch bei aktiviertem Ladungszustandsausgleich in Höhe von 20 mV pro Zelle.
      • 1) Sensorsteuergeräte ermitteln Zufallszahlen:
        • SG1: 35 (binär: 100011)
        • SG2: 17 (binär: 010001)
        • SG3: 63 (binär: 111111)
      • 2) Sensorsteuergeräte messen Spannung und senden Spannungen und Zufallszahl an Hauptsteuergerät
        • SG1: 6*4V=24 V, Zufallszahl 35, d. h. drei Bits auf 1 gesetzt
        • SG2: 6*4V=24 V, Zufallszahl 17, d. h. zwei Bits auf 1 gesetzt
        • SG3: 6*4V=24 V, Zufallszahl 63, d. h. sechs Bits auf 1 gesetzt
      • 3) Sensorsteuergeräte aktivieren Zell-Ladungszustandsausgleich:
        • SG1: 3 Zellen, Modulspannungs-Einbruch um 60 mV
        • SG2: 2 Zellen, Modulspannungs-Einbruch um 40 mV
        • SG3: 6 Zellen, Modulspannungs-Einbruch um 120 mV
      • 4) Sensorsteuergeräte messen Spannungen und schicken Spannungen und Zufallszahl an das Hauptsteuergerät; diese Messdaten kann das Hauptsteuergerät zu diesem Zeitpunkt noch nicht eindeutig den Modulen zuweisen
      • 5) Hauptsteuergerät misst Modulspannungen:
        • Modul 1: 3 Zellen mit 4 V, 3 Zellen mit 3,8 V → 23,4 V
        • Modul 2: 4 Zellen mit 4 V, 2 Zellen mit 3,8 V → 23,6 V
        • Modul 3: 6 Zellen mit 3,8 V → 22,8 V
      • 6) Anhand der gemessenen einzelnen Zellspannungen kann das Hauptsteuergerät die Modulspannungen und die gemessenen Werte der Sensorsteuergeräte abgleichen und eine eindeutige Bestimmung der Identifikatoren der Sensorsteuergeräte vornehmen. Ab diesem Zeitpunkt kennt das Hauptsteuergerät den genauen Ort der Sensorsteuergeräte.
  • Beispiel 2 (gleiche Anzahl an Zellen mit Ladungszustandsausgleich):
    • 1) Sensorsteuergeräte ermitteln Zufallszahlen:
      • SG1: 35 (binär: 100011)
      • SG2: 17 (binär: 010001)
      • SG3: 19 (binär: 010011)
    • 2) Sensorsteuergeräte messen Spannung und senden Spannungen und Zufallszahl an Hauptsteuergerät
      • SG1: 6*4V=24 V, Zufallszahl 35
      • SG2: 6*4V=24 V, Zufallszahl 17
      • SG3: 6*4V=24 V, Zufallszahl 19
    • 3) Zu diesem Zeitpunkt erkennt das Hauptsteuergerät schon den Konflikt, dass SG1 und SG3 für die gleiche Anzahl (3) an Zellen den Ladungszustandsausgleich aktivieren. Das Hauptsteuergerät weist die Steuergeräte mit den Zufallszahlen 35 und 19 an, für eine andere Anzahl an Zellen den Ladungszustandsausgleich zu aktivieren (z.B. SG mit der Zufallszahl 35: 1 Zelle, SG mit der Zufallszahl 19: 3 Zellen)
    • 4) Mit diesen modifizierten Werten wird das Verfahren wie oben beschrieben fortgesetzt.
  • Beispiel 3 (gleiche Zufallszahlen):
    • 1) Sensorsteuergeräte ermitteln Zufallszahlen:
      • SG1: 35
      • SG2: 17
      • SG3: 35
    • 2) Sensorsteuergeräte messen Spannung und senden Spannungen und Zufallszahl an Hauptsteuergerät
      • SG1: 6*4V=24 V, Zufallszahl 35
      • SG2: 6*4V=24 V, Zufallszahl 17
      • SG3: 6*4V=24 V, Zufallszahl 35
    • 3) Zu diesem Zeitpunkt erkennt das Hauptsteuergerät schon den Konflikt, dass SG1 und SG3 die gleiche Zufallszahl gewählt haben. Das Hauptsteuergerät weist die Steuergerate mit der Zufallszahl 35 an, jeweils neue Zufallszahlen zu generieren.
    • 4) Das Verfahren wird wie oben beschrieben wiederholt.
  • 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.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Starten eines Batteriemanagementsystems einer Batterie (16) mit mehreren Batteriemodulen (4), wobei jedes Batteriemodul (4) mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen (8) aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) und mehrere Sensorsteuergeräte (6) aufweist, wobei jedem Batteriemodul (4) ein Sensorsteuergerät (6) zugeordnet ist, wobei jedes Sensorsteuergerät (6) dazu eingerichtet ist, Spannungen der einzelnen Batteriezellen (8) zu messen und Daten an das Hauptsteuergerät (2) zu übertragen, wobei das Hauptsteuergerät (2) dazu eingerichtet ist, die Spannung an jedem Batteriemodul (4) ohne eine Beteiligung des zugehörigen Sensorsteuergeräts (6) zu messen, mit folgenden Schritten: a) Initialisieren des Hauptsteuergeräts (2) und der Sensorsteuergeräte (6), b) Ermitteln einer Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) an das Hauptsteuergerät (2) durch jedes Sensorsteuergerät (6), c) Auswählen bestimmter Batteriezellen (8) des Batteriemoduls (4) anhand der Zufallszahl durch jedes Sensorsteuergerät (6), d) Durchführen eines Ladungszustandsausgleichs der ausgewählten Batteriezellen (8) durch jedes Sensorsteuergerät (6), e) Messen der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) nach dem Ladungszustandsausgleich und Übertragen der Zufallszahl und der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen (8) nach dem Ladungszustandsausgleich an das Hauptsteuergerät (2) durch jedes Sensorsteuergerät (6), f) Zuordnen der Daten der Sensorsteuergeräte (6) und der ohne Beteiligung der zugehörigen Sensorsteuergeräte (6) gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen (4) zur Identifikation der Sensorsteuergeräte (6) durch das Hauptsteuergerät (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sensorsteuergerät (6) ermittelte Zufallszahl eine ganze Zahl ausgewählt aus dem Bereich 0 bis 2 hoch n ist, wobei n die Anzahl der Batteriezellen (8) des betreffenden Batteriemoduls (4) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Hauptsteuergerät (2) nach Schritt b) feststellt, dass mehrere Sensorsteuergeräte (6) identische Zufallszahlen ermittelt haben, das Hauptsteuergerät (2) die betreffenden Sensorsteuergeräte (6) anweist, bei Schritt b) neu zu beginnen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Hauptsteuergerät (2) nach Schritt b) feststellt, dass mehrere Sensorsteuergeräte (6) anhand der Zufallszahlen eine gleiche Anzahl von Batteriezellen (8) des Batteriemoduls (4) auswählen, das Hauptsteuergerät (2) die betreffenden Sensorsteuergeräte (6) anweist, bei Schritt b) neu zu beginnen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass im Schritt f) eine eindeutige Zuordnung nicht möglich ist, das Hauptsteuergerät (2) die Batteriemodule (4), deren Zuordnung nicht möglich ist, dazu anweist, die Schritte b) bis e) zu wiederholen und daraufhin versucht, die Zuordnung in Schritt f) abzuschließen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuergeräte (6) identischer Bauart sind.
  7. Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
  8. Batteriemanagementsystem einer Batterie (16) mit mehreren Batteriemodulen (4) zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes Batteriemodul (4) mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen (8) aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) und mehrere Sensorsteuergeräte (6) aufweist, wobei jedem Batteriemodul (4) ein Sensorsteuergerät (6) zugeordnet ist, wobei jedes Sensorsteuergerät (6) zumindest dazu eingerichtet ist, Spannungen der einzelnen Batteriezellen (8) zu messen und Daten an das Hauptsteuergerät (2) zu übertragen, wobei das Hauptsteuergerät (2) außerdem dazu eingerichtet ist, die Spannung an jedem Batteriemodul (4) ohne eine Beteiligung des zugehörigen Sensorsteuergeräts (6) zu messen, mit a) Einheiten der Sensorsteuergeräte (6) zur Ermittlung von Zufallszahlen und zur Auswahl von Batteriezellen (8) des betreffenden Batteriemoduls (4) anhand von Zufallszahlen, b) Einheiten der Sensorsteuergeräte (6) zur Durchführung eines Ladungszustandsausgleichs von ausgewählten Batteriezellen (8), c) Einheiten des Hauptsteuergeräts (2) zur Zuordnung der Daten der Sensorsteuergeräte (6) und der gemessenen Spannungen an den Batteriemodulen (4) zur Identifikation der Sensorsteuergeräte (6).
  9. Batteriesystem (1) mit einer Batterie (16) und einem Batteriemanagementsystem nach Anspruch 8, wobei die Batterie (16) mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Batterie (16) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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