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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten in einem Speicher einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern eines elektrischen Energiespeichersystems mit mindestens einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit, einer zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten elektronischen Steuereinheit, einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel sowie einem elektrischen Energiespeichersystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Elektrische Energiespeichersysteme und elektronische Steuergeräte werden heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist dabei die Entwicklung von elektrischen Energiespeichersystemen mit einer zugehörigen elektronischen Steuereinheit notwendig. Auf dieser elektronischen Steuereinheit findet sich die entsprechende Funktionalität zur Überwachung der elektrischen Energiespeichersysteme, beispielsweise in Software implementiert und mit entsprechenden Schnittstellen zu Sensoren oder weiteren Peripheriegeräten. Die elektronische Steuereinheit mitsamt Software wird auch als Batteriemanagementsystem bezeichnet. Dabei kann ein elektrisches Energiespeichersystem eine große Anzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten umfassen. Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer, Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure, Lithium-Luft oder Lithium-Schwefel beziehungsweise ganz allgemein von beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein.
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Die elektronische Steuereinheit gewährleistet somit die sichere und zuverlässige Funktion der einzelnen elektrischen Energiespeichereinheiten beziehungsweise des elektrischen Energiespeichersystems. Sie überwacht und steuert beispielsweise Ströme, Spannungen, Temperaturen und Isolationswiderstand der elektrischen Energiespeichereinheiten bzw. des elektrischen Energiespeichersystems. Damit kann insbesondere die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichersystems gewährleistet und verbessert werden.
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Für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems werden daher Informationen zu Betriebsdaten wie zulässigen Grenzen, beispielsweise Spannungsgrenzen, und Parametern, beispielsweise Kennfelder für im Steuergerät hinterlegte Modelle, der elektrischen Energiespeichereinheiten benötigt.
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Insbesondere bei einer Auswechslung beziehungsweise einem Austausch von elektrischen Energiespeichereinheiten ist daher eine einfach durchzuführende, aber dennoch sichere Aktualisierung der entsprechenden Betriebsdaten erforderlich.
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Die Druckschrift
US 2004/0260751 A1 beschreibt ein Verfahren zur Übertragung von Softwaremodulen in ein Speichermittel.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 215 208 A1 beschreibt ein Batteriesystem und Verfahren zur Erkennung von nicht autorisierter Modultausch an einem Batteriesystem.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 213 562 A1 beschreibt ein Batteriesystem mit Schutz vor unzulässiger Modifikation von dessen Batteriemodulen sowie ein Verfahren zur Initialisierung des Batteriesystems.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 212 344 A1 beschreibt ein Verfahren und Vorrichtung zum Aktualisieren der Software eines Kfz-Steuergeräts.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten in einem Speicher einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern eines elektrischen Energiespeichersystems mit mindestens einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit, eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete elektronische Steuereinheit, eine wechselbare elektrische Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel sowie ein elektrisches Energiespeichersystem mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.
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Dabei umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt ein Erfassen eines die mindestens eine wechselbare elektrische Energiespeichereinheit eindeutig im Energiespeichersystem identifizierenden ersten Merkmalsdatensatzes. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Aktualisieren eines zweiten Merkmalsdatensatzes der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit in dem Speicher der elektronischen Steuereinheit. In einem dritten Schritt erfolgt ein Aktualisieren einer Merkmalsverknüpfung zwischen dem ersten Merkmalsdatensatz und dem zweiten Merkmalsdatensatz in dem Speicher der elektronischen Steuereinheit. Durch diese Verfahrensschritte kann ein sicherer und langfristiger Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems auch bei geänderten Betriebsdaten einzelner wechselbarer elektrischer Energiespeichereinheiten, die beispielsweise aus Reparatur- oder Wartungsgründen getauscht werden mussten, gewährleistet werden. Dabei ist der Speicherbedarf im Speicher der elektronischen Steuereinheit relativ gering, da für jede neue Generation an Betriebsdaten diese nur einmal im Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegt werden. Somit ist eine einfache Aktualisierung der Betriebsdaten der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheiten mit geringem Speicherbedarf möglich. Dies ist auch ein Beitrag zur verbesserten Lebensdauer von elektrischen Energiespeichersystemen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Alternativ kann beispielsweise auch der zweite Schritt, das Aktualisieren des zweiten Merkmalsdatensatzes, vor dem ersten Schritt, dem Erfassen des zweiten Merkmalsdatensatzes, erfolgen. Die Nummerierung der Schritt darf also keineswegs als eine Ausführungsreihenfolge für das Verfahren verstanden werden.
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Zweckmäßigerweise umfasst der zweite Schritt ein Auslesen des zweiten Merkmalsdatensatzes aus einem Speichermittel, welches in oder an der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit angebracht ist, und ein Schreiben von zumindest Teilen des aus dem Speichermittel ausgelesenen zweiten Merkmalsdatensatzes in den Speicher der elektronischen Steuereinheit. Somit können bei einer Auswechslung einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit sehr einfach die zugehörigen Betriebsdaten mitgeliefert werden und ein externer Eingriff oder Abgleich ist nicht notwendig. Dies vereinfacht das Verfahren stark und macht es somit weniger anfällig für Fehler, welche die Betriebssicherheit gefährden könnten.
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Gemäß einem weiteren Aspekte kann es vorgesehen sein, dass der zweite Schritt ein Auslesen des zweiten Merkmalsdatensatzes aus einer externen, nicht im Energiespeichersystem vorhandenen Datenbank und ein Schreiben von zumindest Teilen des aus der externen Datenbank ausgelesenen zweiten Merkmalsdatensatzes in den Speicher der elektronischen Steuereinheit umfasst. Dadurch kann insbesondere die Bereitstellung von aktuellen Betriebsdaten gewährleistet werden, wodurch sich insbesondere in Fachwerkstätten eine einfache Aktualisierungsmöglichkeit ergibt.
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Zweckmäßigerweise umfasst der zweite Merkmalsdatensatz Betriebsdaten und/oder Kennfelder der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit, beispielsweise Spannungsgrenzen, Temperaturgrenzen, Stromgrenzen, Parameterwerte beziehungsweise Parametergrenzwerte für Modelle beziehungsweise ganz allgemein Grenzen, die zum sicheren Betrieb der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit bzw. des elektrischen Energiespeichersystems einzuhalten sind. Dadurch kann ein sicherer und langfristiger Betrieb innerhalb vorgegebener Grenzen gewährleistet werden, der auch nach einer Auswechslung einer oder mehrerer wechselbarer elektrischer Energiespeichereinheiten in dem elektrischen Energiespeichersystem garantiert werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Merkmalsdatensatz eine Seriennummer der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit umfassen. Somit ist eine einfache, eindeutige Identifikation der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit möglich, was eine einfache Zuordnung eines zweiten Merkmalsdatensatzes erlaubt. Alternativ kann der erste Merkmalsdatensatz eine die wechselbare elektrische Energiespeichereinheit eindeutig kennzeichnende alphanumerische Zeichenfolge umfassen.
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Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Seriennummer der mindestens einen wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit durch Auslesen der Seriennummer aus einem der elektrischen Energiespeichereinheit zugeordneten Speichermittel.
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Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein zumindest teilweises Abgleichen des erfassten ersten Merkmalsdatensatzes mit im Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegten weiteren ersten Merkmalsdatensätzen. Dadurch kann eine Abweichung zwischen der physischen Konfiguration des elektrischen Energiespeichersystem und der im Speicher der elektronischen Steuereinheit gespeicherten Konfiguration des elektrischen Energiespeichersystems festgestellt werden. Somit wird der Aktualisierungsaufwand minimiert, da nur für die festgestellten Abweichungen eine Aktualisierung notwendig ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst der dritte Schritt ein Schreiben einer Zuordnung zwischen dem ersten Merkmalsdatensatz und dem zweiten Merkmalsdatensatz im Speicher der elektronischen Steuereinheit. Somit kann eine Aktualisierung von Betriebsdaten mit geringem Speicherbedarf realisiert werden, da nur eine Verknüpfung zu setzen ist. Im Speicher ist der erste Merkmalsdatensatz der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit, der beispielsweise eine Seriennummer umfasst, über die Verknüpfung mit dem der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit zugehörigen zweiten Merkmalsdatensatz verknüpft, ähnlich einer zweispaltigen Liste. Bei der Auswechslung mehrerer wechselbarer elektrischer Energiespeichereinheiten ist dadurch gegebenenfalls nur ein zweiter Merkmalsdatensatzes für diese elektrischen Energiespeichereinheiten im Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegt und die Zuordnung durch die entsprechenden Verknüpfungen gegeben.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wobei die vorgenannten Vorteile entsprechend gelten.
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Ferner wird eine wechselbare elektrische Energiespeichereinheit bereitgestellt, wobei die wechselbare elektrische Energiespeichereinheit ein Speichermittel aufweist und das Speichermittel zumindest einen zweiten Merkmalsdatensatzes der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten in einem Speicher einer elektronischen Steuereinheit gespeichert hat. Der zweite Merkmalsdatensatz der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit kann dabei beispielsweise Betriebsdaten und/oder Kennfelder der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit, zweckmäßigerweise Spannungsgrenzen, Temperaturgrenzen, Stromgrenzen und Parameterwerte beziehungsweise Parametergrenzwerte für Modelle beziehungsweise ganz allgemein Grenzen, die zum sicheren Betrieb der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit beziehungsweise des elektrischen Energiespeichersystems einzuhalten sind, umfassen. Somit ist sichergestellt, dass die zum Betrieb der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit benötigten Daten jederzeit verfügbar sind und einfach ausgelesen werden können. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile und Erläuterungen, insbesondere den ersten und zweiten Merkmalsdatensatz betreffend, gelten entsprechend.
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Das Speichermittel kann dabei vorteilhafterweise als nichtflüchtiger und gegebenenfalls schreibgeschützter Datenspeicher, insbesondere als Halbleiterspeicher, ausgeprägt sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung speichert das Speichermittel der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit weiterhin einen ersten Merkmalsdatensatz zur eindeutigen Identifizierung der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit. Der erste Merkmalsdatensatzes der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit kann dabei beispielsweise eine Seriennummer beziehungsweise eine die elektrische Energiespeichereinheit eindeutig kennzeichnende alphanumerische Zeichenfolge umfassen. Somit ist eine eindeutige Identifizierung der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit möglich, was insbesondere bei Reparaturen oder der Auswechslung der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit hilfreich ist.
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Ferner wird ein elektrisches Energiespeichersystem, welches die erfindungsgemäße elektronische Steuereinheit und/oder eine erfindungsgemäße wechselbare elektrische Energiespeichereinheit umfasst, bereitgestellt. Somit können die für das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße wechselbare elektrische Energiespeichereinheit genannten Vorteile auch auf Systemebene erhalten werden. Insbesondere erleichtert dies den Austausch einzelner elektrischer Energiespeichereinheiten, da sie alle zum Betrieb notwendigen Daten integriert haben beziehungsweise eine Aktualisierung von Daten einfach und sicher durchgeführt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
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Es zeigt:
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1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einem Speicherchip als erstes Ausführungsbeispiel einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel;
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4 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit einem Speicherchip als zweites Ausführungsbeispiel einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten beziehungsweise gleiche Verfahrensschritte.
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1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten in einem Speicher einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In einem ersten Schritt S1 wird festgestellt, beispielsweise durch ein Batteriemanagementsystem, dass eine wechselbare elektrische Energiespeichereinheit, beispielsweise ein Batteriemodul oder eine Batteriezelle, innerhalb des elektrischen Energiespeichersystems, beispielsweise ein in einem fahrzeugverbauten Batteriesystem, ausgetauscht werden muss. Dies kann anhand bekannter Kriterien, beispielsweise anhand des Kapazitätsverlustes, festgestellt werden. Dabei kann das elektrische Energiespeichersystem mehrere wechselbare elektrische Energiespeichereinheiten umfassen. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt dann, vorzugsweise in einer Fachwerkstatt, der Austausch der betroffenen wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit. In einem dritten Schritt S3 wird anschließend, beispielsweise durch das Batteriemanagementsystem, ein die wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheiten jeweils kennzeichnender erster Merkmalsdatensatz, vorzugsweise eine Seriennummer oder eine sonstige eindeutig kennzeichnende alphanumerische Zeichenfolge, erfasst. Somit sind die in dem elektrischen Energiespeichersystem verbauten wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheiten eindeutig identifiziert. In einem vierten Schritt S4 erfolgt ein Abgleich mit im Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegten ersten Merkmalsdatensätzen. Somit wird festgestellt, dass die neu verbaute, wechselbare elektrische Energiespeichereinheit noch nicht korrekt in dem elektrischen Energiespeichersystem registriert wurde und somit auch ihre Betriebsdaten, beispielsweise Kennfelder für Temperatur-, Spannungs- und Stromgrenzen, noch nicht in der elektronischen Steuereinheit gespeichert sind. In einem fünften Schritt S5 erfolgt daher die Aktualisierung eines zweiten Merkmalsdatensatzes der neu verbauten, wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit im Speicher der elektronischen Steuereinheit. Dies umfasst insbesondere ein Auslesen des zweiten Merkmalsdatensatzes, beispielsweise Kennfelder für Modellparametrisierungen und/oder Strom-, Spannungs-, Temperaturgrenzwerte und/oder eine Kapazität der neu verbauten, wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit und/oder eine Ruhespannungskennlinie, wobei das Auslesen aus einem in oder an der neu eingebauten Energiespeichereinheit angebrachten Speichermittel erfolgt. Dies kann beispielsweise über eine Funkverbindung oder leitungsgebunden erfolgen. Wenn die neu eingebaute, wechselbare elektrische Energiespeichereinheit beispielsweise über eine Zellspannungserfassungseinheit oder eine Modulspannungserfassungseinheit verfügt, die an die elektronische Steuereinheit angebunden sind, beispielsweise über ein Bussystem, kann der zweite Merkmalsdatensatz auch in einem entsprechenden Speicher, beispielsweise einem Flash-Speicher, der in die Erfassungseinheit integriert ist, gespeichert sein. Das Auslesen erfolgt dann über die Anbindung an die elektronische Steuereinheit. Anschließend wird der ausgelesene zweite Merkmalsdatensatz in den Speicher der elektronischen Steuereinheit geschrieben. Die elektronische Steuereinheit verfügt nun über den neuen Merkmalsdatensatz. In einem Schritt S6 erfolgt das Aktualisieren einer Merkmalsverknüpfung zwischen dem ersten Merkmalsdatensatz und dem zweiten Merkmalsdatensatz in dem Speicher der elektronischen Steuereinheit. Dies kann beispielsweise durch eine Änderung der Zuordnung zwischen der Seriennummer eines Moduls und dem entsprechendem Merkmalsdatensatz erfolgen. Somit ist gewährleistet, dass bei Austausch mehrerer Module mit identischen zweiten Merkmalsdatensätzen, beispielsweise aufgrund gleicher Zellchemie, immer nur ein zweiter Merkmalsdatensatz im Speicher der elektronischen Steuereinheit hinterlegt sein muss. Das Verfahren ist also speichereffizient umsetzbar.
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2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktualisierung von steuerungsrelevanten Daten in einem Speicher einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erfolgt in einem fünften Schritt S52 die Aktualisierung mittels einer externen, nicht im Energiespeichersystem vorhandenen Datenbank, aus der mittels des ersten Merkmalsdatensatzes der neu verbauten, wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit der zugehörige zweite Merkmalsdatensatz ausgelesen wird. Anschließend wird der gelesene zweite Merkmalsdatensatz in den Speicher der elektronischen Steuereinheit geschrieben. Die Verbindung zu der externen Datenbank kann beispielsweise durch ein Diagnosewerkzeug einer Fachwerkstatt hergestellt werden oder auch über eine drahtlose Verbindung, die von der elektronischen Steuereinheit beziehungsweise von einer mit der elektronischen Steuereinheit verbundenen weiteren Steuereinheit hergestellt wird. Dadurch kann beispielsweise der Hersteller der wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit beziehungsweise des elektrischen Energiespeichersystems einfach aktuelle zweite Merkmalsdatensätze bereitstellen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 30 mit einem Speicherchip 33 als erstes Ausführungsbeispiel einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel. Dabei weist die Batteriezelle 30 ein Terminal 32 für den positiven Pol und ein Terminal 31 für den negativen Pol auf. Weiterhin weist die Batteriezelle 30 einen Speicherchip 33 mit geeigneter Ausleseeinrichtung auf, wobei das Auslesen der auf dem Speicherchip 33 gespeicherten Daten beispielsweise drahtlos erfolgen kann. Auf diesem Speicherchip 33 ist ein erster Merkmalsdatensatzes gespeichert, wobei dieser erste Merkmalsdatensatz beispielsweise ein Seriennummer oder eine sonstige alphanumerische Zeichenfolge sein kann, die es erlaubt, die Batteriezelle 30 eindeutig zu identifizieren. Weiterhin ist auf dem Speicherchip 33 ein zweiter Merkmalsdatensatz gespeichert, der beispielsweise Betriebsdaten wie Kennfelder für Modellparametrierungen, Strom-, Spannungs-, Temperaturgrenzen und weitere zum sicheren Betrieb einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit benötigte Informationen umfassen kann.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 40 mit einem Speicherchip 44 als zweites Ausführungsbeispiel einer wechselbaren elektrischen Energiespeichereinheit mit einem Speichermittel. Dabei weist das Batteriemodul 40 mehrere einzelne Batteriezellen 30 auf. Die einzelnen Batteriezellen 30 verfügen dabei nicht über ein eigenes Speichermittel, sondern das Batteriemodul weist einen entsprechenden Speicherchip 44 auf, der hier auf einer Modulabdeckung 41 angebracht ist und in dem der entsprechende erste und zweite Merkmalsdatensatzes hinterlegt ist. Alternativ können diese Merkmalsdatensätze auch in einem dezidierten Speicherbereich einer elektronischen Komponente, beispielsweise einer hier nicht gezeigten Modulspannungserfassungseinheit oder einer hier nicht gezeigten Zellspannungserfassungseinheit oder einer Stromerfassungseinheit, die in das Batteriemodul 40 integriert sind, gespeichert sein. Die zum Betrieb und zur eindeutigen Identifizierung des Batteriemoduls 40 notwendigen Daten sind somit praktischerweise direkt auf bzw. in dem Batteriemodul 40 gespeichert und gewährleisten dessen schnelle Austauschbarkeit auch ohne Fernzugriff auf eine externe Datenbank.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0260751 A1 [0006]
- DE 102012215208 A1 [0007]
- DE 102012213562 A1 [0008]
- DE 102013212344 A1 [0009]
