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Diese Anmeldung bezieht sich auf das Prüfen des Aufladens von Fahrzeugtraktionsbatterien und des Betriebs von Steuerungssystemkomponenten als Reaktion auf das Verbinden und/oder das Trennen des Traktionsbatterie-Controllers unter Verwendung eines oder mehrerer Mehrfachsteckverbinder.
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Eine Hochspannungs-Traktionsbatterie wird möglicherweise für Hybrid-Fahrzeug- und Elektrofahrzeuganwendungen verwendet. Die Hochspannungs-Traktionsbatterie ist typischerweise mit einem Batterie-Controller verbunden, der spezielle Schaltungsanordnungen aufweist, um jede Zelle eines Hochspannungsstrangs zu messen. Während der Herstellung muss der Verbinder des Controllers physikalisch mit den Batteriezellen über Leitungssätze und Verbinder verbunden werden. Pins in den Verbindern koppeln zum Schließen der Zellenmessschaltungen. Diese Verbindungen erfolgen, wenn die Schaltungen voll bestromt sind, was als eine Hot-Plug-Verbindung bezeichnet wird. Gleichermaßen wird der Verbinder des Batterie-Controllers möglicherweise während Servicearbeiten getrennt und neu verbunden, wenn die Schaltungen voll bestromt sind.
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Die Reihenfolge, in der die Verbinderpins tatsächlich koppeln, ist aufgrund mehrerer Faktoren zufällig, einschließlich Schwankungen in Pinlänge, Einsetztiefe und Einsteck-/Abziehwinkel des Verbinders. Es gibt Schemata der Verbindungs-/Trennreihenfolge, die möglicherweise kurzzeitige, nicht vorhersehbare Spannungszustände in den Batterie-Controller-Schaltungsanordnungen bewirken, einschließlich Überspannung und Vorspannung in Sperrrichtung von Komponenten. Die belasteten Komponenten werden möglicherweise sofort funktionsunfähig oder sie werden beeinträchtigt, so dass sie konzipierte Ziele hinsichtlich der Lebensdauer nicht erreichen.
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Die Störempfindlichkeit eines Batterie-Controllers gegenüber dieser Störung ist möglicherweise aufgrund des nicht vorhersehbaren Charakters der Verbindungen sogar nach mehreren Verbindungen nicht wahrnehmbar. Eine relativ geringe Anzahl von Verbindungen enthält möglicherweise nicht die am meisten belastende Reihenfolge der Pinkopplung. Gering belastende Verbindungen führen möglicherweise zu kumulativer Komponentenbelastung, die dem Batterie-Controller das Funktionieren gestattet, bis eine ausreichende Anzahl von gering belastenden Verbindungen/Trennungen durchgeführt worden ist.
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Ein Traktionsbatterie-Verbindungssimulator enthält mehrere Netzgeräte, die zum Simulieren einer Traktionsbatterie verbunden sind, und mehrere Schalteinrichtungen, die die mehreren Netzgeräte selektiv in einer programmierten Sequenz mit einem zu prüfenden Controller verbinden. Der Verbindungssimulator enthält wenigstens einen Controller, der dazu programmiert ist, die mehreren Schalteinrichtungen zu betätigen, um selektiv wenigstens eines der mehreren Netzgeräte mit dem zu prüfenden Controller für eine vorbestimmte Zeitspanne zu verbinden, bevor er die übrigen Netzgeräte verbindet. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, mit jedem Netzgerät verknüpfte Spannungen und Ströme durch jede Schalteinrichtung mit entsprechenden vorbestimmten Bereichen zu vergleichen. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, mit dem zu prüfenden Controller zu kommunizieren, um Spannungsdaten aufzunehmen, bei denen es sich um mit jedem Netzgerät verknüpfte Spannungsmessungen handelt. Der Verbindungssimulator enthält möglicherweise mehrere Stromsensoren zum Messen eines Stroms, der durch jede der mehreren Schalteinrichtungen läuft, und der wenigstens eine Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, Stromdaten von den mehreren Stromsensoren zu messen. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, dass er, wenn alle der mehreren Netzgeräte mit dem zu prüfenden Controller verbunden sind, die mehreren Schalteinrichtungen so betätigt, dass wenigstens eines der mehreren Netzgeräte für eine andere vorbestimmte Zeitspanne nicht selektiv verbunden ist, bevor er die mehreren Schalteinrichtungen so betätigt, dass keines der mehreren Netzgeräte verbunden ist. Zwei der mehreren Netzgeräte werden möglicherweise für eine vorbestimmte Zeitspanne verbunden. Die Netzgeräte weisen möglicherweise eine einstellbare Ausgangsspannung auf.
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Ein Verfahren zum Prüfen eines Traktionsbatterie-Controllers beinhaltet Folgendes: das Verbinden wenigstens eines der mehreren Netzgeräte mit dem Traktionsbatterie-Controller für einen vorbestimmten Zeitraum unter Verwendung eines programmierten Controllers und nach dem vorbestimmten Zeitraum das Verbinden der übrigen Netzgeräte mit dem Traktionsbatterie-Controller unter Verwendung des programmierten Controllers und das Vergleichen von mit jedem Netzgerät verknüpften Spannungen und Strömen mit entsprechenden vorbestimmten Bereichen. Das Verbinden der mehreren Netzgeräte umfasst möglicherweise das Steuern entsprechender Schalteinrichtungen unter Verwendung des programmierten Controllers. Vom Traktionsbatterie-Controller werden möglicherweise Spannungsdaten aufgenommen, die mit jedem Netzgerät verknüpfte Spannungen enthalten. Für den vorbestimmten Zeitraum sind möglicherweise zwei der mehreren Netzgeräte verbunden. Das Verfahren umfasst möglicherweise weiterhin das Setzen eines Anzeigers als Reaktion darauf, dass wenigstens eine der Spannungen bzw. einer der Ströme außerhalb eines entsprechenden vorbestimmten Bereichs liegt. Das Verfahren umfasst möglicherweise weiterhin unter Verwendung des programmierten Controllers Folgendes: (i) das Verbinden aller der mehreren Netzgeräte mit dem Traktionsbatterie-Controller, (ii) das Trennen wenigstens eines der mehreren Netzgeräte vom Traktionsbatterie-Controller für einen anderen vorbestimmten Zeitraum und (iii) das Trennen der übrigen Netzgeräte nach dem anderen vorbestimmten Zeitraum.
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Ein Traktionsbatterie-Verbindungssimulator enthält wenigstens ein Netzgerät, das zum Simulieren einer Traktionsbatterie verbunden ist, und mehrere Schalteinrichtungen, die selektiv Leistung vom Netzgerät zu Pinkombinationen eines Verbinders einspeisen, der elektrisch mit einem zu prüfenden Controller verschaltet ist. Der Verbindungssimulator enthält wenigstens einen Controller, der dazu programmiert ist, die mehreren Schalteinrichtungen zu betätigen, um Leistung mit wenigstens einem der Pins des Verbinders für eine vorbestimmte Zeitspanne zu verbinden, bevor er Leistung mit übrigen Pins verbindet. Der Controller ist möglicherweise dazu programmiert oder ausgelegt, Leistung mit verschiedenen Pinkombinationen zu verbinden, die mit dem zu prüfenden Controller verknüpft sind. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, mit den verschiedenen Kombinationen verknüpfte Spannungen und Ströme mit entsprechenden vorbestimmten Bereichen zu vergleichen. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, die Schalteinrichtungen, nachdem er die mehreren Schalteinrichtungen so betätigt hat, dass Leistung mit allen Pins des Verbinders verbunden ist, so zu betätigen, dass sie selektiv Leistung von verschiedenen Pinkombinationen, die mit dem zu prüfenden Controller verbunden sind, für eine andere vorbestimmte Zeitspanne trennen, bevor sie Leistung von allen Pins trennen.
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1 ist eine grafische Darstellung eines Plug-in Hybrid-Fahrzeugs, die eine typische Verwendung einer Traktionsbatterie veranschaulicht.
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2 ist eine grafische Darstellung, die ein Batterie-Array zeigt, das in einen Batterie-Controller eingesteckt ist.
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3 ist eine grafische Darstellung, die ein Batterie-Array und einen Batterie-Controller in einem getrennten Zustand zeigt.
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4 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für zwei Verbindungen eines Verbinders zeigt, die eher als andere Verbindungen Kontakt herstellen.
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5 ist eine grafische Darstellung eines Beispiels für einen Batterie-Verbindungssimulator.
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6 ist ein Flussdiagramm einer möglichen Sequenz des Prüfens von Verbindungen zwischen einem Batteriesimulator und einem Batterie-Controller.
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Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann darüber zu unterrichten, die Erfindung verschiedenermaßen anzuwenden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, mit Bezug auf jede der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit der Lehre dieser Offenbarung übereinstimmen, können allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
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1 zeigt ein typisches Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug auf. Ein typisches Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug 2 umfasst möglicherweise eine oder mehrere Elektromaschinen 4, die als Motoren betrieben werden können und die mechanisch mit einem Hybrid-Getriebe 6 verbunden sind. Zusätzlich ist das Hybrid-Getriebe 6 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 8 verbunden. Das Hybrid-Getriebe 6 ist möglicherweise auch mechanisch mit einer Antriebswelle 10 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 12 verbunden ist. Die Elektromotoren 4 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 8 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 4 fungieren möglicherweise auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromotoren 4 reduzieren möglicherweise auch Schadstoffemissionen, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 2 möglicherweise unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben wird.
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Der Batteriesatz 14 speichert Energie, die von den Elektromotoren 4 verwendet werden kann. Ein Fahrzeug-Batteriesatz 14 stellt typischerweise eine Hochspannungs-DC-Ausgabe bereit. Der Batteriesatz oder die Traktionsbatterie 14 ist mit einem leistungselektronischen Modul 16 elektrisch verbunden. Das leistungselektronische Modul 16 ist ebenfalls mit den Elektromotoren 4 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zum bidirektionalen Energietransfer zwischen dem Batteriesatz 14 und den Elektromotoren 4 bereit. Zum Beispiel stellt eine typische Traktionsbatterie 14 möglicherweise eine Gleichspannung bereit, während die Elektromotoren 4 zum Funktionieren möglicherweise einen dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 16 wandelt möglicherweise die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom um, wie er von den Elektromotoren 4 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus wird das leistungselektronische Modul 16 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromotoren 4, die als Generatoren fungieren, in die vom Batteriesatz 14 benötigte Gleichspannung umwandeln. Obwohl die veranschaulichte typische Ausführungsform ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug aufzeigt, werden Durchschnittsfachleute erkennen, dass verschiedene Ausführungsformen möglicherweise mit anderen Arten von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen, die eine Traktionsbatterie aufweisen, genutzt werden. Zum Beispiel sind die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug oder auf irgendeine andere Einrichtung, die eine Traktionsbatterie oder einen Batteriesatz verwendet, anwendbar.
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Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb stellt der Batteriesatz 14 möglicherweise Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereit. Ein typisches System enthält möglicherweise ein Gleichspannungswandlermodul 18, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe des Batteriesatzes 14 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist, umwandelt. Andere Hochspannungslasten, wie zum Beispiel Kompressoren und Elektroheizungen, sind möglicherweise direkt mit dem Hochspannungs-Bus vom Batteriesatz 14 verbunden. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-Batterie 20 verbunden. Ein komplett elektrisches Fahrzeug weist möglicherweise eine ähnliche Architektur auf, jedoch ohne den Verbrennungsmotor 8.
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Der Batteriesatz 14 wird möglicherweise durch eine externe Leistungsquelle 26 wiederaufgeladen. Die externe Leistungsquelle 26 stellt möglicherweise Wechsel- oder Gleichstromleistung für das Fahrzeug 2 bereit, indem sie über einen Aufladeport 24 elektrisch verbunden wird. Der Aufladeport 24 ist möglicherweise irgendeine Art von Port, der dazu ausgelegt ist, Leistung von der externen Leistungsquelle 26 zum Fahrzeug 2 zu übertragen. Der Aufladeport 24 ist möglicherweise mit einem Leistungswandlungsmodul 22 elektrisch verbunden. Das Leistungswandlungsmodul konditioniert möglicherweise die Leistung aus der externen Leistungsquelle 26, um dem Batteriesatz 14 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. In einigen Anwendungen ist die externe Leistungsquelle 26 möglicherweise dazu ausgelegt, dem Batteriesatz 14 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen, und das Leistungswandlungsmodul 22 ist möglicherweise nicht erforderlich. Die Funktionen des Leistungswandlungsmoduls 22 befinden sich in einigen Anwendungen möglicherweise in der externen Leistungsquelle 26.
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Batteriesätze werden möglicherweise nach den unterschiedlichsten chemischen Rezepturen aufgebaut. Typische Batteriesatz-Chemien sind Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen. 2 zeigt einen typischen Batteriesatz 30 in einer einfachen Reihenanordnung aus N Batteriezellen 32. Andere Batteriesätze sind allerdings möglicherweise aus irgendeiner Anzahl von einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt, die in Reihe oder parallel oder irgendeiner Kombination daraus verbunden sind. Ein typisches System weist möglicherweise eine oder mehrere Steuerungen auf, wie zum Beispiel ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM, battery energy control module) 36, das die Leistung des Batteriesatzes 30 überwacht und steuert. Das BECM 36 überwacht möglicherweise mehrere Pegelcharakteristika des Batteriesatzes, wie zum Beispiel den Strom des Satzes, die Spannung des Satzes und die Temperatur des Satzes. Das BECM 36 weist möglicherweise nichtflüchtigen Speicher auf, so dass Daten gehalten werden können, wenn sich das BECM in einem Aus-Zustand befindet. Gehaltene Daten sind möglicherweise beim nächsten Betriebszeitraum verfügbar.
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Zusätzlich zu den Pegelcharakteristika des Satzes gibt es möglicherweise Pegelcharakteristika der Batteriezellen, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel werden möglicherweise die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle gemessen. Ein Batterie-Controller 36 enthält möglicherweise Spannungsüberwachungsschaltungen 34, um die Spannung über den Anschlüssen jeder der N Zellen 32 des Batteriesatzes 30 zu messen. Die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 sind möglicherweise ein Netz aus Widerständen und Kondensatoren, das dazu ausgelegt ist, korrektes Skalieren und Filtern der Zellenspannungssignale bereitzustellen. Die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 enthalten möglicherweise auch andere Komponenten zum korrekten Abtasten der Zellenspannungen und zum Wandeln der Spannungen in Digitalwerte zur Verwendung in einem Mikroprozessor. Die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 stellen möglicherweise auch Isolierung bereit, so dass Hochspannungen andere Schaltungsanordnungen innerhalb des BECM 36 nicht beschädigen werden.
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Das BECM 36 wird möglicherweise von einem oder mehreren Verbindern mit einem Batteriesatz 30 verbunden. 2 zeigt ein komplett gekoppeltes Batterie-Verbindungssystem. In diesem Beispiel ist eine Verbindung mit jedem Anschluss der Zellen 32 elektrisch mit einem batterieseitigen Verbinder 50 verbunden. Der batterieseitige Verbinder 50 weist möglicherweise Pins oder Aussparungen zum Koppeln mit einem controllerseitigen Verbinder 52 auf, der komplementäre Aussparungen oder Pins aufweist. Wenn der batterieseitige Verbinder 50 am controllerseitigen Verbinder angebracht ist, sind die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 elektrisch mit den Batteriezellen 32 verbunden.
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3 zeigt einen nicht verbundenen Batterieverbinder 50. In diesem Zustand ist der batterieseitige Verbinder 50 nicht mit dem controllerseitigen Verbinder 52 verbunden. In diesem Fall wird den Spannungsüberwachungsschaltungen 34 des BECM 36 keine Leistung oder Spannung zugeführt.
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Während einer idealen Verbindung werden, wenn der batterieseitige Verbinder 50 und der controllerseitige Verbinder 52 gekoppelt werden, alle Verbindungen zur gleichen Zeit erfolgen. Jede Batteriezelle 32 wird elektrisch mit dem entsprechenden Element der Spannungsüberwachungsschaltung 34 zu genau der gleichen Zeit verbunden werden. Bei idealem zeitlichen Ablauf werden alle Spannungen innerhalb der Spannungsüberwachungsschaltung 34 zur gleichen Zeit beginnen anzusteigen. In dieser idealen Situation liegen die Spannungsdifferenzen über den Messpunkten in den Spannungsüberwachungsschaltungen 34 möglicherweise innerhalb von konzipierten Pegeln. Die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 sind möglicherweise so konzipiert, dass ein begrenzter Bereich von Werten über der Zellen-Nennspannung möglicherweise toleriert wird.
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Die vorliegende Offenbarung erkennt an, dass eine ideale Verbindung in der Praxis aus vielen Gründen möglicherweise nicht wiederholt durchgeführt wird. 4 zeigt ein Beispiel für die Verbinder (50 und 52) während des Prozesses ihrer Verbindung. Während des Verbindungsprozesses stellen möglicherweise einige Pins des batterieseitigen Verbinders 50 und des controllerseitigen Verbinders 52 eher als andere Pins Kontakt her. Zum Beispiel werden zwei Verbindungen (100 und 102) so gezeigt, dass sie eher als irgendwelche anderen Verbindungen hergestellt werden. Im Falle einer unvollständigen Verbindung erfährt ein Eingang der Spannungsüberwachungsschaltung 34 möglicherweise eine höhere Spannung, eine Vorspannung in Sperrrichtung oder einen anderen vorübergehenden Zustand, der möglicherweise zu unmittelbar detektierbarer oder zu verborgener Beschädigung des BECM 36 führt. Die Spannung an den Eingangsschaltungen ist möglicherweise aufgrund von kapazitiven Effekten oder Variationen der Eingangsimpedanz kurzzeitig ungleichmäßig verteilt, bis alle Pins komplett sitzen. Es ist möglich, dass das volle Spannungspotential zwischen verbindenden Pins kurzzeitig auf andere Pins angewendet wird, was zu einem Überspannungsbelastungszustand führt. Das volle Potential für viele Zellen ist möglicherweise kurzzeitig ungleichmäßig unter wenigen Moduleingängen verteilt.
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Zum Beispiel wird während des zeitgleichen Verbindens aller Pins die Spannung über einer Batteriezelle 104, wie sie an entsprechenden Pins des controllerseitigen Verbinders 52 gemessen wird, die Zellenspannung sein. Falls lediglich ein Anschluss 100 der Batteriezelle 104 mit dem controllerseitigen Verbinder 52 verbunden wird, ist die Spannung am entsprechenden Pin möglicherweise größer als die Zellen-Nennspannung. Die Spannung am verbundenen BECM-Anschluss 100 ist möglicherweise die Summe der Batteriezellenspannungen zwischen den beiden verbundenen Pins (100 und 102). Diese ist möglicherweise deutlich höher als die normale Batteriezellenspannung über der Batteriezelle (100 und 106). Abhängig von den Pins, die zuerst verbinden, sind möglicherweise schädigende Spannungen über einigen Komponenten der Spannungsüberwachungsschaltung 34 vorhanden.
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Zusätzlich führt möglicherweise jede Verbindung des Batterieverbinders 50 zu einer anderen Kombination von Verbindungen während des Verbindungsprozesses aufgrund von Variationen in der Pinlänge, Einsetztiefe und Einsteck-/Abziehwinkel des Verbinders. Weil möglicherweise jede Verbindung anders ist, sind potentiell schädigende Verbindungen möglicherweise nicht wiederholbar und werden daher während des normalen manuellen Prüfens möglicherweise nicht beobachtet.
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5 zeigt ein System zum automatisierten Prüfen eines Batterie-Controllers einer Ausführungsform der Offenbarung. Ein Batterie-Verbindungssimulator 124 wird möglicherweise mit einem Batterie-Controller oder BECM 36 verbunden. Der Batterie-Verbindungssimulator 124 enthält möglicherweise einen Batteriezellen-Spannungssimulator 128. Der Batteriezellen-Spannungssimulator 128 besteht möglicherweise aus einer Reihe von Netzgeräten 130, die in Reihe verbunden sind. Alternativ wird möglicherweise ein einzelnes Netzgerät mit verknüpften Schaltungsanordnungen und/oder elektronischen Komponenten verwendet, um ähnliche Charakteristiken wie eine Mehrzellen-Traktionsbatterie bereitzustellen. Das Netzgerät oder die Netzgeräte 130 simulieren möglicherweise die N Zellen eines Batteriesatzes. Ein einzelnes Netzgerät oder Batteriezellen-Simulationsschaltungsanordnung 130 weist möglicherweise zwei Anschlüsse, einen Plus-Anschluss und einem Minus-Anschluss auf. Der Plus- und der Minus-Anschluss sind möglicherweise so definiert, dass, wenn die Spannung über einem Netzgerät 130 gemessen wird, am Plus-Anschluss eine höhere Spannung als am Minus-Anschluss vorliegt. Die Netzgeräte 130 sind möglicherweise so verbunden, dass der Plus-Anschluss eines Netzgeräts mit dem Minus-Anschluss eines anderen Netzgeräts 130 verbunden ist. Eine Ausgangsverbindung des Batteriezellen-Spannungssimulators 128 ist möglicherweise elektrisch mit dem Punkt verbunden, an dem zwei Netzgeräte 130 verbunden sind. Am Ausgang des Batteriezellen-Spannungssimulators 128 ist möglicherweise wenigstens eine Verbindung zu jedem Netzgeräteanschluss vertreten. Wo die Anschlüsse zweier Netzgeräte 130 verbunden sind, wird möglicherweise nur eine Verbindung vom Batteriezellen-Spannungssimulator 128 an Pins des Verbinders 150 ausgegeben.
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Die Netzgeräte 130 arbeiten möglicherweise an einer festen Spannung. Die Netzgeräte 130 beziehen möglicherweise Leistung aus einer Leistungsquelle (z. B. Netzleistung) und erzeugen eine Spannung über den Anschlüssen des Netzgeräts 130. Die Netzgeräte 130 werden in 5 grafisch als Batterien dargestellt. Die Netzgeräte 130 weisen möglicherweise auch eine einstellbare Spannungsausgabe auf. Die Netzgeräte 130 sind möglicherweise in der Lage, einen Bereich von Spannungen zu erfüllen, um eine gegebene Batteriesatzkonfiguration zu simulieren. Ein einstellbarer Spannungsbereich gestattet es, unterschiedliche Batteriearten zu prüfen, ohne dass physische Abänderungen an der Prüfvorrichtung vorgenommen werden müssen. Mehrere Batteriekonfigurationen und -chemien werden möglicherweise simuliert, indem die Spannungsausgabe angepasst wird. Die Ausgangsspannung eines programmierbaren Netzgeräts 130 wird möglicherweise von einem Controller 120 angepasst. Alternativ werden die Ausgangsspannungen möglicherweise manuell vom Nutzer während des Systemaufbaus angepasst. Zum Prüfen eines Batteriesatzes, der aus N Zellen besteht, sind möglicherweise N programmierbare Netzgeräte 130 vorhanden, die in Reihe verbunden sind.
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Der Batterie-Verbindungssimulator 124 wird möglicherweise weiterhin aus einer Reihe von Schaltern oder Schalteinrichtungen 126 zwischen jedem Anschluss der Netzgeräte 130 und einer entsprechenden Aussparung oder Pin eines simulatorseitigen Verbinders 150 gebildet. Jeder Anschluss der Netzgeräte 130 wird möglicherweise selektiv mit den Spannungsüberwachungsschaltungen 34 des zu prüfenden Controllers 36 verbunden, wenn der simulatorseitige Verbinder 150 mit dem controllerseitigen Verbinder 52 verbunden wird. Die entsprechenden Schalteinrichtungen 126 gestatten, dass jede mögliche Verbindung zwischen dem Batteriezellen-Spannungssimulator 128 und dem zu prüfenden BECM 36 selektiv verbunden oder getrennt wird. Die Schalteinrichtungen 126 sind möglicherweise Relais oder Halbleiter-Schaltbauelemente. Zum Prüfen eines Batteriesatzes, der aus N Zellen besteht, sind möglicherweise N+1 Schalteinrichtungen zum selektiven Verbinden der Netzgeräte mit dem Controller 36 vorhanden.
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Für die Zwecke dieser Offenbarung wird möglicherweise ein Netzgerät 130 als mit dem Batterie-Controller 36 verbunden betrachtet, wenn entweder ein Anschluss des entsprechenden Netzgeräts oder der Batteriezellen-Simulatorschaltungsanordnung mit dem Batterie-Controller 36 verbunden ist. Der Batteriezellen-Spannungssimulator 128 ist möglicherweise in der Lage, die Zellenspannungen jeder Zelle einer Batterie zu simulieren, ohne dass Neuaufladen oder Warten eines Batteriesatzes erforderlich ist. Der Batterie-Verbindungssimulator 124 stellt möglicherweise zum Koppeln mit dem controllerseitigen Verbinder 52 des zu prüfenden BECM 36 einen Verbinder 150 bereit, der dem batterieseitigen Verbinder (50, 4) ähnlich ist.
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Der Batterie-Verbindungssimulator 124 enthält möglicherweise auch einen Controller 120 zum Aktivieren und Steuern der Schalteinrichtungen 126. Der Controller 120 weist möglicherweise eine Reihe von Steuerausgängen 122 auf, die in der Lage sind, jede der Schalteinrichtungen 126 zu aktivieren. Zum Beispiel weist der Controller 120 für ein System, das M Relais aufweist, möglicherweise M Ausgänge auf, die in der Lage sind, eine Relaisspule anzusteuern. Die Steuerausgänge 122 werden in 5 als eine Punktlinie dargestellt, die mit allen Schalteinrichtungen 126, die möglicherweise ein separates Steuersignal für jede einzelne Schalteinrichtung 126 darstellen, verbunden ist. Zusätzlich ist der Controller 120 möglicherweise in der Lage, Rückkopplungssignale zur Feststellung des Status der Schalteinrichtungen 126 aufzunehmen. Zum Beispiel ist möglicherweise in jedem Verbindungspfad ein Stromsensor 134 zum Messen des Stroms durch jeden Pin vorhanden. Als ein anderes Beispiel wird möglicherweise ein Signal, das die Spannung über der Schalteinrichtung 126 darstellt, für jede Schalteinrichtung zum Controller 120 gesendet. Der Controller 120 kommuniziert möglicherweise auch mit dem zu prüfenden BECM 36. Diese Kommunikation erfolgt möglicherweise über eine Controller Area Network (CAN) Verbindung, die vom Controller 120 und dem zu prüfenden BECM 36 gemeinsam genutzt wird.
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Wenn einstellbare Netzgeräte 130 verwendet werden, kommuniziert der Controller 120 möglicherweise mit dem Batteriezellen-Spannungssimulator 128, um den Ausgangsspannungspegel der programmierbaren Netzgeräte 130 zu setzen. Der Controller 120 kann möglicherweise die Netzgeräte 130 durch Senden der geeigneten Steuersignale 132 ein- und ausschalten. Der Controller 120 kann möglicherweise die Ausgangsspannung jedes programmierbaren Netzgeräts 130 individuell einstellen, so dass ein oder mehrere Netzgeräte eine andere Spannung als andere aufweisen. Die Kommunikation erfolgt möglicherweise über einen seriellen Kommunikationsbus oder diskrete Eingänge. Die Steuersignale 132 hängen von den einstellbaren Netzgeräten 130 ab und stellen möglicherweise eine einzelne serielle Kommunikationsleitung oder eine diskrete Leitung für jedes Netzgerät 130 dar.
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Der Controller 120 ist möglicherweise im Batterie-Verbindungssimulator 124 enthalten, oder er ist möglicherweise eine externe Rechnereinrichtung oder -system. Der Controller 120 ist möglicherweise dazu programmiert, die Schalteinrichtungen 126 in einer spezifizierten Sequenz zu betätigen, wobei er zwei oder mehr Schalteinrichtungen 126 in verschiedenen Kombinationen betätigt, abhängig von der jeweiligen Anwendung und Umsetzungsform. Der Controller 120 speichert oder protokolliert die Eingangs- und Ausgangsdaten möglicherweise in einem Speicher oder einem nichtflüchtigen Speichermedium. Eingangsdaten beinhalten möglicherweise die Zeit und den Soll-Zustand der Schalter zu einer gegebenen Zeit. Die Eingangsdaten zeigen möglicherweise eine Sequenz von anzuwendenden Schalteinrichtungsschemata an. Eingangsdaten beinhalten möglicherweise auch eine Reihe von Wiederholungsanzahlen für die Sequenz. Ausgangsdaten beinhalten möglicherweise Daten, die aus dem zu prüfenden BECM 36 erfasst werden, und sie beinhalten möglicherweise die Spannung über jeder Zelle und den Strom durch jede Zelle. Die Daten werden möglicherweise für spätere Analyse protokolliert und gespeichert. Der Controller 120 weist möglicherweise eine Kommunikationsverbindung 136 zum Kommunizieren mit anderen Rechnereinrichtungen auf. Der Controller 120 kommuniziert möglicherweise Prüfergebnisse und -daten über die Kommunikationsverbindung 136. Der Controller 120 nimmt möglicherweise auch Eingangsdaten über die Kommunikationsverbindung 136 auf.
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Der Controller 120 ist möglicherweise dazu programmiert, anomale Spannungs- und Strommesswerte aus dem zu prüfenden BECM 36 zu detektieren. Wenn eine Komponente im Batterie-Controller 36 beschädigt ist, liegen die Spannungs- und Strommesswerte möglicherweise außerhalb eines erwarteten Wertebereichs. Der Controller 120 vergleicht möglicherweise die aus dem zu prüfenden BECM 36 aufgenommenen Daten mit erwarteten Werten. Zum Beispiel liegen die erwarteten Werte möglicherweise in einem Bereich von Spannungen oder Strömen, der bei normalen Zuständen vorkommt. Spannungs- und Strommesswerte, die gewisse Grenzwerte überschreiten, zeigen möglicherweise an, dass eine oder mehrere Komponenten im Controller 36 beschädigt worden sind. Sobald ein derartiger Zustand detektiert wird, protokolliert der Controller 120 möglicherweise einen Diagnosecode oder eine Statusanzeige.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels für Logik, die möglicherweise in einem Controller 120 umgesetzt wird. Eine Prüfsequenz beginnt möglicherweise damit, dass für alle Schalteinrichtungen 126 der geöffnete Zustand angewiesen wird (200). Der Controller 120 sendet möglicherweise Signale an den Batterie-Verbindungssimulator 124, um alle Schalteinrichtungen 126 in eine geöffnete Stellung zu steuern, so dass alle Netzgerätespannungen von den Pins des zu prüfenden BECM 36 getrennt werden.
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Der nächste Schritt ist möglicherweise, die Traktionsbatterie-Zellenspannungssimulatoren 130 anzuweisen, einzuschalten, so dass an den Anschlüssen jedes Spannungssimulators 130 Spannung vorhanden ist (202). Zusätzlich wird möglicherweise die Ausgangsspannung von einstellbaren Netzgeräten oder verknüpften Schaltungsanordnungen 130 auf eine Soll-Spannung gesetzt. Der Algorithmus des Verbindungsschemas wird dann in 204 möglicherweise initialisiert. Der Algorithmus des Verbindungsschemas ist möglicherweise eine definierte Sequenz von Schalterschließungen, oder er ist möglicherweise zufällig. Der Algorithmus des Verbindungsschemas ist möglicherweise so angelegt, dass alle möglichen Schalteraktivierungskombinationen probiert werden, oder er wählt eine Untermenge von Verbindungsschemata, die auf Basis der jeweiligen Anwendung als die am meisten belastenden angesehen werden. Verbindungsschemata verbinden möglicherweise einzelne Eingänge oder Pins der Reihe nach und/oder in sequentiellen Kombinationen von zwei oder mehr Pins usw.
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Der Controller 120 weist dann möglicherweise ausgewählte Schalteinrichtungen 126 (z. B. Relais) an zu schließen, um das Verbindungschema auf den Controller anzuwenden (206). Das Schließen von weniger als allen Schaltern 126 simuliert die Verbindung eines Batteriesatzes mit dem BECM 36. Das System wartet möglicherweise in diesem Zustand für eine Zeitspanne, um den Übergangszustand zu simulieren (208). Die Wartezeit ist möglicherweise eine Funktion der spezifischen Schaltungsanordnung, die für die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 verwendet wird. Möglicherweise ist eine Zeit programmiert, die lang genug ist, um den Spannungen das Stabilisieren zu gestatten. Zum Beispiel wird möglicherweise eine Wartezeit von einer Millisekunde angewendet, um das Beruhigen der Spannungen nach der anfänglichen Verbindung zu gestatten. Nach der Wartezeitspanne werden möglicherweise alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen (210), um alle Pins zu verbinden. Alternativ fährt das System möglicherweise damit fort, verschiedene Kombinationen von Eingängen zu prüfen, um eine programmierte Prüfsequenz abzuarbeiten, die damit endet, dass alle Eingänge mit Leistung verbunden sind (210). Wie nachstehend beschrieben wird, speist jeder Zyklus oder jede Prüfung möglicherweise Leistung in eine vorbestimmte Kombination von Eingängen ein (206), gefolgt vom Einspeisen von Leistung an alle Eingänge (210).
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Sobald alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen worden sind, überprüft der Controller 120 möglicherweise Spannungen und Ströme des Systems. Nachdem alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen worden sind, werden die Spannungen und Ströme möglicherweise gemessen und vom Controller 120 aufgezeichnet. Während der Sequenz des Schließens der Schalteinrichtungen 126 werden Spannungen und Ströme möglicherweise gemessen und vom Controller 120 aufgezeichnet, um jegliche Übergangseffekte zu beobachten. Die Spannungs- und Strommesswerte kommen möglicherweise vom zu prüfenden BECM 36. Zusätzlich wird der Controller 120 möglicherweise mit Sensoren verkoppelt, um Spannungen und Ströme vom Batterie-Verbindungssimulator 124 auszulesen. Nachdem alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen worden sind, analysiert der Controller 120 möglicherweise die Spannungs- und Strommesswerte auf anomale Spannungsmesswerte oder überhöhte Ströme (212). Die Daten werden möglicherweise in einem nichtflüchtigen Speichermedium zur späteren Nachprüfung protokolliert (214). Die Spannungen und Ströme werden möglicherweise mit normalerweise erwarteten Werten verglichen (216). Während des normalen Betriebs sollten die Spannungen und Ströme, die von Controller 120 und BECM 36 gemessen werden, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Nennspannungswerte des Netzgeräts 130 liegen. Jeglicher Spannungs- oder Stromwert außerhalb des vorbestimmten Bereichs zeigt möglicherweise an, dass es zu Beschädigung in der Schaltungsanordnung des BECM 36 gekommen ist. Falls irgendwelche Spannungs- oder Strommesswerte außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen, wird möglicherweise ein Status-Code protokolliert, um ein mögliches Problem anzuzeigen (218).
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Die Logik überprüft möglicherweise, ob andere Verbindungsmöglichkeiten zu prüfen bleiben (220). Falls es keine weiteren Prüfschemata gibt, dann endet die Prüfung möglicherweise (222). Falls es weitere Prüfschemata gibt, dann wird möglicherweise das nächste Prüfschema ausgewählt (224). Der Controller wiederholt dann möglicherweise den für jedes Prüfschema beschriebenen Prozess. Die vollständige Prüfung wird möglicherweise wiederholt, um kumulative Belastungseffekte, bis ein Fehler auftritt, zu bestimmen. Ein Nutzer konfiguriert möglicherweise den Controller 120, um die Prüfung so oft wie möglich zu wiederholen. Der Nutzer konfiguriert möglicherweise den Controller 120 mit spezifischen Verbindungsschemata, um Beschädigung aufgrund von unterschiedlichen Verbindungszeitabläufen zu bewerten.
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Während sich die vorher beschriebene Ausführungsform auf das Prüfen des Batterie-Controllers 36 während des Verbindens eines Batteriesatzes mit einem Batterie-Controller 36 konzentriert, enthalten verschiedene Ausführungsformen möglicherweise auch ähnliches Prüfen für das Trennen des Batterie-Controllers 36 vom Batteriesatz.
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Das System beginnt möglicherweise in einem Zustand, in dem sich alle Schalteinrichtungen 126 in einer geschlossenen Stellung befinden, so dass normale Spannungen an jeder Verbindung anliegen. Eine oder mehrere Schalteinrichtungen 126 werden dann möglicherweise auf Basis einer programmierten Prüfsequenz für eine vorbestimmte Zeitspanne geöffnet, bevor der Rest der Schalteinrichtungen 126 geöffnet wird. Ein typischer Prüffall ist möglicherweise, alle außer zwei Netzgeräte 130 oder ähnliche Traktionsbatterie-Zellensimulatorschaltungen zu trennen, was Spannung an zwei Pinverbindungen für eine vorbestimmte Zeitspanne lässt. Nachdem alle Schalter 126 geöffnet sind, sollte der Batterie-Controller 36 Spannungen von ungefähr null Volt messen. Um jegliche Beschädigung zu bewerten, werden möglicherweise alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen, um Leistung in die Spannungsüberwachungsschaltungen 34 einzuspeisen. Nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit werden möglicherweise alle Schalteinrichtungen 126 geschlossen. Spannungs- und Stromdaten werden dann möglicherweise vom Controller 120 überwacht, um jegliche Beschädigung zu bewerten, ähnlich der oben beschriebenen Strategie für den Verbindungsfall.
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Der Batterie-Verbindungssimulator 124 wird möglicherweise in einer Laborprüfumgebung während aller Phasen der Batteriesystementwicklung verwendet. Es ist auch denkbar, dass in manchen Situationen der Batterie-Verbindungssimulator 124 möglicherweise in einer Fahrzeugumgebung zum Prüfen von Verbindungen innerhalb eines Fahrzeugs platziert wird.
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Die Verwendung des Batterie-Verbindungssimulators stellt möglicherweise nützliche Informationen für die Batterie-Controller-Konzeption bereit. Verbindungsschemata für den ungünstigsten Fall werden möglicherweise identifiziert und die Controller-Konzeption wird möglicherweise verändert, um Beschädigung zu verhindern und die Robustheit zu verbessern. Der Batterie-Verbindungssimulator stellt möglicherweise eine Anzeige bereit, ob eine jeweilige Batterie-Controller-Konzeption gegenüber typischen, im praktischen Einsatz möglicherweise auftretenden Verbindungsproblemen robust ist. Der Batterie-Verbindungssimulator gestattet es, dass ein Batterie-Controller und ein Verbindungssystem auf Verbinden und Trennen geprüft werden.
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Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zur Ausgabe an ein verarbeitendes Bauelement, an eine Steuerung oder an einen Computer geeignet sein bzw. von diesen umgesetzt werden, wobei diese irgendeine vorhandene programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine zweckmäßige elektronische Steuerungseinheit enthalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien dauerhaft gespeichert werden, wie zum Beispiel auf ROM-Einrichtungen, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien veränderlich gespeichert sind, wie zum Beispiel auf Floppydisks, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und auf anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen im Ganzen oder in Teilen unter Verwendung von geeigneten Hardware-Komponenten umgesetzt werden, wie zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardware-Komponenten oder -Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
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Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener Ausführungsformen können, wie vorher beschrieben wurde, kombiniert werden, so dass sie weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Soll-Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen
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Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um erwünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Attribute beinhalten möglicherweise Folgendes, ohne darauf beschränkt zu sein: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Konfektionierung, Größe, Service-Freundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich eines oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.
