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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119 die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0116295 , eingereicht bei dem Koreanischen Patentamt am 2. September 2014, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriesensor und insbesondere ein Batterieüberwachungssystem, bei welchem ein Batteriesensor zwischen mehreren Batterien in einem Batteriesystem für ein die mehreren Batterien nutzendes Fahrzeug eingebaut ist.
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Hintergrund
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In den letzten Jahren nimmt die Zahl der Fahrzeuge, die eine Spannung von mehr als 12 V verwenden, wie beispielsweise Hybridfahrzeuge, zu. Beispielsweise verwendet ein Fahrzeug, das eine ein Mehrfaches von 12 V betragende Spannung verwendet, mehrere Batterien, die jeweils 12 V aufweisen und in Reihe geschaltet sind.
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Da bei dem Fahrzeug ein normaler Betrieb nur sichergestellt werden kann, wenn sich die Batteriespannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, steuert das Fahrzeug das Laden der Batterie und überwacht, ob die Batterie ein Problem aufweist, indem es eine Spannung, einen Strom und eine Temperatur der Batterie durch einen intelligenten Batteriesensor (IBS) detektiert.
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Der IBS zum Detektieren einer 12 V-Mehfachspannungsbatterie nach dem Stand der Technik kann lediglich eine Gesamtspannung der Batterien messen, indem er eine Batteriespannung von 24 V unter Verwendung eines 12 V dedizierten anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) überwacht, ist jedoch nicht in der Lage, ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Batterien zu detektieren.
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1 zeigt ein Batterieüberwachungssystem, bei welchem ein Batteriesensor zum Überwachen einer Spannung von 24 V gemäß dem Stand der Technik Anwendung findet.
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Wie in 1 dargestellt weist der Batteriesensor nach dem Stand der Technik einen Spannungsteilungswiderstand Rd, einen Amperemeter-Widerstand Rs, eine erste integrierte Schaltung IC1 und eine zweite integrierte Schaltung IC2 auf.
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Hierbei ist der Batteriesensor zwischen einer zweiten Batterie und dem Masseanschluss des Fahrzeugs angebracht. Das heißt, dass der Amperemeter-Widerstand Rs in Reihe zwischen eine negative Elektrode der zweiten Batterie und den Masseanschluss des Fahrzeugs geschaltet ist.
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Die erste integrierte Schaltung IC1 misst die Gesamtspannung beider Anschlüsse der ersten Batterie und beider Anschlüsse der zweiten Batterie und misst einen in eine Richtung fließenden Strom, der in der ersten Batterie und der zweiten Batterie fließt, auf der Grundlage von Werten, die durch das Messen von an die beiden Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands Rs angelegten Spannungen erhalten werden.
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Die zweite integrierte Schaltung IC2 misst die Spannung der zweiten Batterie und misst den in die andere Richtung fließenden Strom, der in der ersten Batterie und der zweiten Batterie fließt, auf der Grundlage von Werten, die durch das Messen von an die beiden Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands Rs angelegten Spannungen erhalten werden.
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Die Spannung der ersten Batterie wird berechnet, indem die mittels der zweiten integrierten Schaltung IC2 gemessene Spannung der zweiten Batterie von der mittels der ersten integrierten Schaltung IC1 gemessenen Gesamtspannung subtrahiert wird.
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Der Batteriesensor nach dem Stand der Technik ist jedoch nur verfügbar, wenn er zwischen der Batterie und dem Masseanschluss des Fahrzeugs angebracht ist. In diesem Fall variiert die Länge, die Richtung und dergleichen des Massekabels des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Art des Fahrzeugs, und es ist daher schwierig, einen Batteriesensor gemeinsam zu nutzen.
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Überblick
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Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft einen Batteriesensor, der einen in Reihe zwischen einer ersten Batterie und einer zweiten Batterie geschalteten Amperemeter-Widerstand verwendet, wobei der Sensor aufweist: eine erste integrierte Schaltung, die zum Empfangen von Spannungen beider Elektroden der ersten Batterie und von Spannungen beider Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands ausgebildet ist, um eine erste Batteriespannung der ersten Batterie und einen in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie zu messen; und eine zweite integrierte Schaltung, die zum Empfangen von Spannungen beider Elektroden der zweiten Batterie ausgebildet ist, um eine zweite Batteriespannung zu messen, und zum Empfangen der ersten Batteriespannung und des in eine Richtung fließenden Stroms der ersten und der zweiten Batterie von der ersten integrierten Schaltung über ein serielles Kommunikationsinterface zu empfangen.
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Die erste integrierte Schaltung kann ein erstes Spannungserfassungsmodul aufweisen, das zum Messen der Spannungen beider Elektroden der ersten Batterie ausgebildet ist; und ein erstes Stromerfassungsmodul aufweisen, das zum Messen des in eine Richtung fließenden Stroms der ersten und der zweiten Batterie ausgebildet ist.
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In diesem Fall kann eine erste Elektrode der ersten Batterie elektrisch mit dem ersten Spannungserfassungsmodul verbunden sein, und eine zweite Elektrode der ersten Batterie kann elektrisch mit einem ersten Masseanschluss verbunden sein.
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Das erste Stromerfassungsmodul kann Spannungen beider Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands empfangen, um den in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie zu messen.
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Die zweite integrierte Schaltung kann ein zweites Spannungserfassungsmodul aufweisen, das elektrisch mit der ersten Elektrode der zweiten Batterie verbunden ist, um die Spannungen beider Elektroden der zweiten Batterie zu empfangen, und eine zweite Elektrode der zweiten Batterie kann elektrisch mit einem zweiten Masseanschluss verbunden sein.
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Der Batteriesensor kann ferner aufweisen: einen Sendeempfänger, der elektrisch mit der zweiten integrierten Schaltung verbunden ist, und der ausgebildet ist, um die erste Batteriespannung und den in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie, welche von der ersten integrierten Schaltung übertragen werden, und die zweite Batteriespannung über ein Fahrzeugnetzwerk an eine elektronische Master-Steuereinheit (ECU) zum Überwachen der ersten und zweiten Batterie zu übertragen.
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Die erste und die zweite integrierte Schaltung können Temperatursensoren aufweisen, die zum Messen der Temperatur der ersten bzw. der zweiten Batterie ausgebildet sind.
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Das serielle Kommunikationsinterface kann ein Trennelement aufweisen, das derart ausgebildet ist, dass es eine Signalübertragung in Vorwärtsrichtung von der ersten integrierte Schaltung zur zweiten integrierten Schaltung zulässt, und eine Signalübertragung in Rückwärtsrichtung von der zweiten integrierten Schaltung zu der ersten integrierten Schaltung blockiert.
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Ein anderes exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Batterieüberwachungssystem, das eine erste Batterie und eine zweite Batterie, welche mit einer negativen Elektrode der ersten Batterie in Reihe geschaltet ist, überwacht, wobei das System aufweist: einen Amperemeter-Widerstand, der in Reihe zwischen der negativen Elektrode der ersten Batterie und einer positiven Elektrode der zweiten Batterie geschaltet ist; eine erste integrierte Schaltung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der positiven Elektrode der ersten Batterie ausgegebene erste Batteriespannung, einen in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie und eine Temperatur der ersten Batterie detektiert; eine zweite integrierte Schaltung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Spannung der zweiten Batterie und eine Temperatur der zweiten Batterie detektiert; und eine Master-ECU, die über ein Fahrzeugnetzwerk mit der zweiten integrierten Schaltung verbunden ist, und ausgebildet ist, um die erste Batteriespannung, die zweite Batteriespannung, den in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie, und die Temperaturen der ersten und der zweiten Batterien über das Fahrzeugnetzwerk zu empfangen, und das Laden der ersten und der zweiten Batterie zu steuern, und auf der Grundlage der empfangenen ersten Batteriespannung, der zweiten Batteriespannung, des in eine Richtung fließenden Stroms der ersten und der zweiten Batterie, und der Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie festzustellen, ob die erste und die zweite Batterie ein Problem aufweisen.
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Die Master-ECU kann vor einem Problem mindestens einer Batterie warnen, wenn die erste Batteriespannung und/oder die zweite Batteriespannung außerhalb eines vorbestimmten kritischen Bereichs liegen.
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Das Batterieüberwachungssystem kann ferner ein serielles Kommunikationsinterface für die Kommunikationsverbindung zwischen der ersten integrierten Schaltung und der zweiten integrierten Schaltung aufweisen, wobei das serielle Kommunikationsinterface ein Trennelement aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es eine Signalübertragung in Vorwärtsrichtung von der ersten integrierten Schaltung zur zweiten integrierten Schaltung erlaubt, und eine Signalübertragung in Rückwärtsrichtung von der zweiten integrierten Schaltung zur ersten integrierten Schaltung blockiert.
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In diesem Fall können die erste Batteriespannung, der in eine Richtung fließende Strom der ersten und der zweiten Batterie und die Temperatur der ersten Batterie, welche von der ersten integrierte Schaltung gemessen werden, über das serielle Kommunikationsinterface an die zweite integrierte Schaltung übertragen werden.
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In diesem Fall kann eine positive Elektrode der ersten Batterie elektrisch mit einem Spannungserfassungsmodul der ersten integrierten Schaltung verbunden sein, und eine negative Elektrode der ersten Batterie kann elektrisch mit einem ersten Masseanschluss verbunden sein, und eine positive Elektrode der zweiten Batterie kann elektrisch mit einem Spannungserfassungsmodul der zweiten integrierten Schaltung verbunden sein, und eine negative Elektrode der zweiten Batterie kann elektrisch mit einem zweiten Masseanschluss verbunden sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Batterieüberwachungssystems, bei welchem ein Batteriesensor zum Überwachen einer Spannung von 24 V gemäß dem Stand der Technik Anwendung findet.
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2 ist eine Ansicht zur Darstellung eines Batterieüberwachungssystems, bei welchem ein Batteriesensor zum Überwachen einer Spannung von 24 V gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. In sämtlichen Zeichnungen und der Beschreibung bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche Elemente, Merkmale und Strukturen. Die relative Größe und Darstellung dieser Elemente kann aus Gründe der Klarheit, der Darstellung und der Einfachheit übertrieben sein. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung dient dazu, dem Leser ein umfassendes Verständnis der vorliegend beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen, und oder Systeme zu vermitteln. Dementsprechend werden verschiedene Änderungen, Modifikationen, und Äquivalente der vorliegend beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen, und oder Systeme für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein. Ferner kann die Beschreibung von allgemein bekannten Funktionen und Konstruktionen zum Zweck größerer Klarheit und Knappheit entfallen.
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Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und Verfahren zur Realisierung der Vorteile und Merkmale ergeben sich durch Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsbeispiele, die im Folgenden zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen im Einzelnen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann in verschiedenen anderen Ausführungsformen ausgebildet werden. Im Gegenteil sind die exemplarischen Ausführungsbeispiele beschrieben, um eine vollständige Offenbarung der vorliegenden Erfindung und dem Fachmann ein eingehendes Verständnis des Rahmens der Erfindung zu vermitteln, und die vorliegende Erfindung ist nur durch den Rahmen der Ansprüche definiert. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe dienen vielmehr der Erläuterung der exemplarischen Ausführungsbeispiele, denn der Einschränkung der vorliegenden Erfindung. Sofern in der vorliegenden Beschreibung nicht ausdrücklich anders angegeben, umfasst eine Singular-Form auch die Plural-Form. In der vorliegenden Verwendung impliziert das Wort ”aufweist” und/oder ”aufweisend” den Einschluss genannter Bestandteile, Schritte, Operationen und/oder Vorrichtungen, jedoch nicht den Ausschluss des Vorhandenseins oder des Hinzufügens eines oder mehrerer Bestandteile, Schritte, Operationen und/oder Vorrichtungen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriesensor zur Überwachung einer ein Mehrfaches von 12 V betragenden Batteriespannung. In der vorliegenden Beschreibung wird nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung ein Batteriesensor zur Überwachung einer Batteriespannung von 24 V beschrieben.
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Im Folgenden wird ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. 2 zeigt ein Batterieüberwachungssystem, bei welchem ein Batteriesensor zur Überwachung einer Spannung von 24 V gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.
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Wie in 2 dargestellt, verwendet ein Batteriesensor 200 zum Überwachen einer Spannung von 24 V gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Amperemeter-Widerstand Rs 210, der zwischen einer ersten Batterie 10 und einer zweiten Batterie 20 in Reihe geschaltet ist und eine erste integrierte Schaltung IC1 220 und eine zweite integrierte Schaltung IC2 230 aufweist.
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Der Amperemeter-Widerstand 210 ist ein Shunt-Widerstand, der zwischen einer negativen Elektrode der ersten Batterie 10 und einer positiven Elektrode der zweiten Batterie 20 in Reihe geschaltet ist und einen sehr niedrigen Widerstandswert (beispielsweise 100 μΩ) aufweist. Die erste integrierte Schaltung 220 misst einen Batteriestrom auf der Grundlage von Spannungen beider Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands 210.
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Die erste integrierte Schaltung 220 misst eine erste Batteriespannung der ersten Batterie 10, einen in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie 10 und 20, und eine Temperatur der ersten Batterie 10.
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Die erste integrierte Schaltung 220 weist ein erstes Spannungserfassungsmodul 221, ein erstes Stromerfassungsmodul 222 und einen ersten Temperatursensor 223 auf, und sie kann ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) sein.
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Das erste Spannungserfassungsmodul 221 misst Spannungen beider Elektroden der ersten Batterie 10. Hierbei ist eine erste Elektrode der ersten Batterie 10 elektrisch mit dem ersten Spannungserfassungsmodul 221 verbunden, und eine zweite Elektrode der ersten Batterie 10 ist elektrisch mit einem ersten Masseanschluss GND1 verbunden.
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Beispielsweise ist eine positive Elektrode der ersten Batterie 10 elektrisch mit dem ersten Spannungserfassungsmodul 221 verbunden, und eine negative Elektrode der ersten Batterie 10 ist elektrisch mit dem ersten Masseanschluss GND verbunden, so dass das erste Spannungserfassungsmodul 221 die Spannung beider Elektroden der ersten Batterie 10 misst.
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Das erste Stromerfassungsmodul 222 empfängt die Spannungen beider Anschlüsse des Amperemeter-Widerstands 210, um einen in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie zu messen. Beispielsweise kann das erste Stromerfassungsmodul 222 einen Anschluss des Amperemeter-Widerstands 210 als IN– und den anderen Anschluss des Amperemeter-Widerstands 210 als IN+ empfangen.
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Der erste Temperatursensor 223 misst die Temperatur der ersten Batterie 10.
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Die zweite integrierte Schaltung 230 misst eine zweite Batteriespannung der zweiten Batterie 20 und überträgt die erste Batteriespannung, den in eine Richtung fließenden Strom der ersten Batterie und der zweiten Batterie, und die Temperatur der ersten Batterie, welche von der ersten integrierten Schaltung 220 übertragen werden, zusammen mit der zweiten Batteriespannung an eine elektronische Master-Steuereinheit (ECU) 300 über ein fahrzeuginternes Netzwerk.
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Die zweite integrierte Schaltung 230 weist ein zweites Spannungserfassungsmodul 231 und einen zweiten Temperatursensor 233 auf, und kann wie die erste integrierte Schaltung 220 ein ASIC sein.
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Das zweite Spannungserfassungsmodul 231 misst Spannungen beider Elektroden der zweiten Batterie 20. Hierbei ist eine erste Elektrode der zweiten Batterie 20 elektrisch mit dem zweiten Spannungserfassungsmodul 231 verbunden, und eine zweite Elektrode der zweiten Batterie 20 ist elektrisch mit einem zweiten Masseanschluss GND2 verbunden.
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Beispielsweise ist eine positive Elektrode der zweiten Batterie 20 elektrisch mit dem zweiten Spannungserfassungsmodul 231 verbunden, und eine negative Elektrode der zweiten Batterie 20 ist elektrisch mit dem zweiten Masseanschluss GND2 verbunden, so dass das zweite Spannungserfassungsmodul 231 Spannungen beider Elektroden der zweiten Batterie 20 misst.
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Der zweite Temperatursensor 233 misst die Temperatur der zweiten Batterie 20.
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Der Batteriesensor 200 nach dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Sendeempfänger 240 zum Übertragen der ersten und der zweiten Batteriespannung, des in eine Richtung fließenden Stroms der ersten Batterie 10 und der zweiten Batterie 20, und der Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie, welche von der ersten integrierten Schaltung 220 und der zweiten integrierten Schaltung 230 gemessen werden, an die Master-ECU 300 über das fahrzeuginterne Netzwerk aufweisen.
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Gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sendeempfänger 240 elektrisch mit der zweiten integrierten Schaltung 230 verbunden, und die zweite integrierte Schaltung 230 überträgt die von der ersten integrierten Schaltung 220 übertragenen Messwerte zusammen mit den von der zweiten integrierten Schaltung 230 erhaltenen Werten über den Sendeempfänger 240 an die Master-ECU 300.
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Zu diesem Zweck können die erste integrierte Schaltung 220 und die zweite integrierte Schaltung 230 kommunikationsmäßig durch ein serielles Kommunikationsinterface verbunden sein. Die erste integrierte Schaltung 220 und die zweite integrierte Schaltung 230 können kommunikationsmäßig durch einen seriellen peripheren Bus verbunden sein.
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In diesem Fall kann das serielle Kommunikationsinterface ein Trennelement 250 aufweisen, welches eine Signalübertragung in Vorwärtsrichtung von der ersten integrierten Schaltung 220 zu der zweiten integrierten Schaltung 230 zulässt und eine Signalübertragung in Rückwärtsrichtung von der zweiten integrierten Schaltung 230 zu der ersten integrierten Schaltung 220 blockiert.
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Die Master-ECU 300 prüft die erste Batteriespannung, den in eine Richtung fließenden Strom der ersten und der zweiten Batterie und die Temperaturen der ersten und der zweiten Batterie, welche von der zweiten integrierten Schaltung 230 übertragen werden, und steuert entsprechend das Laden der Batterien oder überwacht, ob eine der Batterien ein Problem aufweist.
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Die Master-ECU 300 prüft die erste Batteriespannung und die zweite Batteriespannung, um ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Batterien festzustellen. In diesem Fall kann die Master-ECU 300, wenn die erste Batteriespannung und/oder die zweite Batteriespannung außerhalb eines vorbestimmten kritischen Bereichs liegen, eine Warnung hinsichtlich der Tatsache abgeben, dass mindestens eine Batterie ein Problem hat.
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Da die vorliegend Erfindung die Batterie unter Verwendung mehrerer ASICs überwacht, können bei Beschädigung einer ASIC die anderen ASICs die Funktion des Diagnostizierens eines Batteriefehlers durchführen, wodurch eine gefährliche Situation, wie ein vergeblicher Neustart aufgrund eines Diagnosefehlers des Batteriesensors bei Verwendung einer Stopp-Start-Funktion (ISG), verhindert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Batteriesensor elektrisch zwischen die mehreren Batterien geschaltet, so dass die mehreren Batterien den Batteriesensor ungeachtet der Länge und der Richtung eines Massekabels eines Fahrzeugs gemeinsam nutzen können.
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Ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Batterien aufgrund des Ladezustands und der Funktionsfähigkeit der Batterie kann durch das Prüfen der Spannungen und Temperaturen der mehreren Batterien geprüft werden, wodurch eine Warnung hinsichtlich des Ersetzens vorzugsweise lediglich einer der mehreren Batterien ausgegeben wird und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
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Die vorliegende Erfindung überwacht die Batterie, indem sie die mehreren ASICs derart verwendet, dass bei Beschädigung einer ASIC die anderen ASICs die Funktion des Diagnostizierens eines Batteriefehlers durchführen, wodurch eine gefährliche Situation, wie ein vergeblicher Neustart aufgrund eines Diagnosefehlers des Batteriesensors bei Verwendung einer Stopp-Start-Funktion (ISG), verhindert werden kann.
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Es wurde vorhergehend eine Anzahl exemplarischer Ausführungsbeispiele beschrieben. Dennoch ist es ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Beispielsweise können geeignete Ergebnisse erzielt werden, wenn die beschriebenen Techniken in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder Schaltung in anderer Weise kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ausgetauscht werden. Dementsprechend fallen andere Implementierungen in den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0116295 [0001]
