DE102016210732A1

DE102016210732A1 - Method and device for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter

Info

Publication number: DE102016210732A1
Application number: DE102016210732.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Biesemeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Bei einem Verfahren zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers, wird für jede Zelle des Energiespeichers und/oder Energiewandlers eine Einzelzellspannung ermittelt. Abhängig von den Einzelzellspannungen wird mindestens eine Referenzeinzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermittelt. Abhängig von der mindestens einen Referenzeinzelzellspannung werden für eine vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten Grenzen der vorgegebenen Anzahl an Spannungsabschnitten ermittelt, wobei die Spannungsabschnitte jeweils repräsentativ sind für einen Spannungsbereich bezogen auf die mindestens eine Referenzeinzelzellspannung. Die Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers werden abhängig von den Einzelzellspannungen den Spannungsabschnitten zugeordnet. Daten werden gesendet, die eine Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte umfassen.In a method for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter, a single-cell voltage is determined for each cell of the energy store and / or energy converter. Depending on the individual cell voltages, at least one reference individual cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined. Depending on the at least one reference single cell voltage limits of the predetermined number of voltage sections are determined for a predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range based on the at least one reference individual cell voltage. The cells of the energy store and / or energy converter are assigned to the voltage sections depending on the individual cell voltages. Data is sent containing information about the assignment of the voltage sections.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine korrespondierende Vorrichtung zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers. The invention relates to a method for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter. The invention further relates to a corresponding device for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter.

In vielen Anwendungen, wie zum Beispiel in Fahrzeugen, können Energiespeicher und/oder Energiewandler eingesetzt werden. Derartige Energiespeicher und/oder Energiewandler umfassen beispielsweise einen Brennstoffzellenstapel, auch Brennstoffzellenstack genannt, und bestehen aus vielen einzelnen Zellen. Um dauerhafte Schäden zu vermeiden, ist es wichtig, die Spannungen der einzelnen Zellen zu überwachen. Da der Energiespeicher und/oder Energiewandler aber unter Umständen sehr viele Zellen aufweist, müssen hierfür sehr viele Daten an eine Steuervorrichtung gesendet werden. In many applications, such as in vehicles, energy storage and / or energy converters can be used. Such energy storage and / or energy converters include, for example, a fuel cell stack, also called fuel cell stack, and consist of many individual cells. In order to avoid permanent damage, it is important to monitor the voltages of the individual cells. However, since the energy store and / or energy converter may have a large number of cells under certain circumstances, a very large amount of data must be sent to a control device for this purpose.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine sehr schnelle und effiziente Überwachung eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers zu ermöglichen. The object underlying the invention is to enable a very fast and efficient monitoring of an energy store and / or energy converter.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. The object is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers. Die Erfindung zeichnet sich des Weiteren aus durch eine korrespondierende Vorrichtung zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers. The invention is characterized by a method for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter. The invention is further characterized by a corresponding device for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter.

Bei dem Verfahren zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers, wird für jede Zelle des Energiespeichers und/oder Energiewandlers eine Einzelzellspannung ermittelt. Abhängig von den Einzelzellspannungen wird mindestens eine Referenzeinzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermittelt. Abhängig von der mindestens einen Referenzeinzelzellspannung werden für eine vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten Grenzen der vorgegebenen Anzahl an Spannungsabschnitten ermittelt, wobei die Spannungsabschnitte jeweils repräsentativ sind für einen Spannungsbereich bezogen auf die mindestens eine Referenzeinzelzellspannung. Die Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers werden abhängig von den Einzelzellspannungen den Spannungsabschnitten zugeordnet. Daten werden gesendet, die eine Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte umfassen. In the method for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter, a single-cell voltage is determined for each cell of the energy store and / or energy converter. Depending on the individual cell voltages, at least one reference individual cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined. Depending on the at least one reference single cell voltage limits of the predetermined number of voltage sections are determined for a predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range based on the at least one reference individual cell voltage. The cells of the energy store and / or energy converter are assigned to the voltage sections depending on the individual cell voltages. Data is sent containing information about the assignment of the voltage sections.

Die Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte umfasst beispielsweise jeweils eine Nummer die repräsentativ ist für die Zuordnung der Spannungsabschnitte einzelner ausgewählter Zellen oder die Zuordnung der Spannungsabschnitte aller Zellen. The information about the assignment of the voltage sections comprises, for example, in each case a number which is representative of the assignment of the voltage sections of individual selected cells or the assignment of the voltage sections of all cells.

Jeder Spannungsabschnitt umfasst eine untere und eine obere Grenze, die den jeweiligen Spannungsabschnitt begrenzen. Diese Grenzen werden abhängig von der mindestens einen Referenzeinzelzellspannung ermittelt, so dass jeder Spannungsabschnitt jeweils repräsentativ ist für einen Spannungsbereich bezogen auf die mindestens eine Referenzeinzelzellspannung. Each voltage section includes a lower and an upper limit that define the respective voltage section. These limits are determined as a function of the at least one reference single cell voltage so that each voltage section is in each case representative of a voltage range related to the at least one reference single cell voltage.

Der Energiespeicher und/oder Energiewandler ist insbesondere ein Brennstoffzellenstapel oder eine Batterie mit mehreren Zellen. The energy store and / or energy converter is in particular a fuel cell stack or a battery with several cells.

Das Verfahren wird beispielsweise von einem so genannten Cell Voltage Monitor ausgeführt, wobei die Daten an eine Steuereinrichtung gesendet werden, die dazu ausgebildet ist, den Energiespeicher und/oder Energiewandler zu überwachen. The method is carried out, for example, by a so-called cell voltage monitor, wherein the data is sent to a control device which is designed to monitor the energy store and / or energy converter.

Indem anstelle der Einzelzellspannungen eine Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte übertragen wird, kann die zu übertragene Datenmenge extrem reduziert werden. Somit können durch obig beschriebenes Verfahren die Daten, die für die Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers nötig sind, sehr effizient übertragen werden, so dass eine sehr effiziente und schnelle Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermöglicht wird. By transmitting information on the assignment of the voltage sections instead of the single-cell voltages, the amount of data to be transmitted can be extremely reduced. Thus, by the method described above, the data necessary for the monitoring of the energy storage and / or energy converter, can be transmitted very efficiently, so that a very efficient and fast monitoring of the energy storage and / or energy converter is possible.

Gemäß einer optionalen Ausgestaltung wird eine minimale Einzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers als Referenzeinzelzellspannung ermittelt. Eine maximale Einzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers wird als weitere Referenzeinzelzellspannung ermittelt. Abhängig von der minimalen Einzelzellspannung und der maximalen Einzelzellspannung werden für die vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitte die Grenzen der vorgegebenen Anzahl an Spannungsabschnitten ermittelt, wobei die Spannungsabschnitte jeweils repräsentativ sind für einen Spannungsbereich zwischen der minimalen Einzelzellspannung und der maximalen Einzelzellspannung. According to an optional embodiment, a minimum single cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a reference single cell voltage. A maximum single-cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a further reference single cell voltage. Depending on the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage, the limits of the predetermined number of voltage sections are determined for the predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range between the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage.

Gerade die minimale Einzelzellspannung und die maximale Einzelzellspannung eignen sich zusammen gut als Referenzeinzelzellspannungen. Da die Spannungsabschnitte immer zwischen der minimalen Einzelzellspannung und der maximalen Einzelzellspannung aufgeteilt werden, ist kein hoher Informationsverlust zu erwarten, da die minimale Einzelzellspannung und die maximalen Einzelzellspannung nicht zu weit auseinanderliegen sollten. Somit können hiermit die Daten, die für die Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers nötig sind, sehr effizient übertragen werden, so dass eine sehr effiziente, vollständige und schnelle Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermöglicht wird. Especially the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage are good together as reference single cell voltages. There the voltage sections are always divided between the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage, no high information loss is to be expected since the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage should not be too far apart. Thus, the data necessary for the monitoring of the energy storage and / or energy converter can be transmitted very efficiently, so that a very efficient, complete and rapid monitoring of the energy storage and / or energy converter is made possible.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird eine mittlere Einzelzellspannung als eine Referenzeinzelzellspannung ermittelt und die Grenzen der vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten werden abhängig von der minimalen Einzelzellspannung, der maximalen Einzelzellspannung und der mittleren Einzelzellspannung ermittelt. Hierdurch ist eine noch genauere Verteilung der Spannungsabschnitte möglich, da zusätzlich ein Bezug auf die mittlere Einzelzellspannung ermöglicht wird. According to a further optional embodiment, an average single cell voltage is determined as a reference single cell voltage and the limits of the predetermined number of voltage sections are determined as a function of the minimum single cell voltage, the maximum single cell voltage and the average single cell voltage. As a result, an even more accurate distribution of the voltage sections is possible because in addition a reference to the average single cell voltage is made possible.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist der Spannungsbereich zumindest einer der Spannungsabschnitte relativ bezüglich der minimalen Einzelzellspannung oder der maximalen Einzelzellspannung oder der mittleren Einzelzellspannung. According to a further optional embodiment, the voltage range of at least one of the voltage sections is relative to the minimum single cell voltage or the maximum single cell voltage or the average single cell voltage.

Hierdurch können die Spannungsbereiche sehr dynamisch verteilt werden. Beispielsweise weist ein Spannungsabschnitt eine untere Grenze von einer ersten Prozentzahl der maximalen Einzelzellspannung oder der minimalen Einzelzellspannung oder der mittleren Einzelzellspannung auf und eine obere Grenze von einer zweiten Prozentzahl der maximalen Einzelzellspannung oder der minimalen Einzelzellspannung oder der mittleren Einzelzellspannung. As a result, the voltage ranges can be distributed very dynamically. For example, a voltage section has a lower limit of a first percent maximum single cell voltage or minimum single cell voltage or average single cell voltage and an upper limit of a second percent maximum single cell voltage or minimum single cell voltage or average single cell voltage.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist der Spannungsbereich zumindest einer der Spannungsabschnitte absolut. According to a further optional embodiment, the voltage range of at least one of the voltage sections is absolute.

Bei bestimmten Spannungsabschnitten kann es vorteilhaft sein, wenn sie eine vorgegebene Genauigkeit erfüllen. Da bei der relativen Verteilung die vorgegebene Genauigkeit gegebenenfalls nicht sichergestellt werden kann, ist es vorteilhaft einen solchen Spannungsabschnitt einen absoluten Spannungsbereich zuzuordnen, wie beispielsweise 2mV, 10mV, 30mV, oder 50mV. For certain voltage sections, it may be advantageous if they fulfill a given accuracy. It may be advantageous to assign such a voltage section to an absolute voltage range, such as 2mV, 10mV, 30mV, or 50mV, as the given accuracy may not be ensured in the relative distribution.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination von absoluten und relativen Spannungsbereichen. So können beispielsweise immer ein Teil der Spannungsabschnitte einen relativen Spannungsbereich aufweisen und der restliche Teil einen absoluten Spannungsbereich. Es ist auch beispielsweise möglich jeweils für einen Spannungsabschnitt einen relativen Spannungsbereich und einen absoluten Spannungsbereich zu ermitteln und aus diesen beiden Bereichen den Spannungsbereich mit einer höheren Genauigkeit auszuwählen. Particularly advantageous is a combination of absolute and relative voltage ranges. For example, always a part of the voltage sections may have a relative voltage range and the remaining part an absolute voltage range. It is also possible, for example, to determine a relative voltage range and an absolute voltage range in each case for one voltage section and to select the voltage range with a higher accuracy from these two ranges.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung weisen zumindest zwei der Spannungsabschnitte unterschiedlich große Spannungsbereiche auf, insbesondere ist der Spannungsbereich des Spannungsabschnitts, der an die minimale Einzelzellspannung angrenzt, kleiner als der Spannungsbereich zumindest einer der restlichen Spannungsabschnitte. According to a further optional embodiment, at least two of the voltage sections have different sized voltage ranges, in particular the voltage range of the voltage section adjacent to the minimum single cell voltage is smaller than the voltage range of at least one of the remaining voltage sections.

Gerade die Zellen, die eine Einzelzellspannung in der Nähe der minimalen Einzelzellspannung aufweisen, müssen besonders exakt beobachtet werden. Somit ist es vorteilhaft den Spannungsabschnitt, der an die minimale Einzelzellspannung angrenzt, sehr klein zu wählen. Especially the cells, which have a single cell voltage in the vicinity of the minimum single cell voltage, must be observed particularly accurately. Thus, it is advantageous to choose the voltage portion adjacent to the minimum single cell voltage to be very small.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist die vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten 4, 8 oder 16. According to a further optional embodiment, the predetermined number of voltage sections 4, 8 or 16.

Die Zahl 4 kann mit 2 Bits kodiert werden, und ist somit für eine sehr große Anzahl an Zellen vorteilhaft. Die Zahl 8 kann mit drei Bits kodiert werden und die Zahl 16 mit vier Bits. Somit ist mit dieser Anzahl an Spannungsabschnitte eine sehr effiziente Übertragung möglich. Die Anzahl 8 ist insbesondere für große Brennstoffzellenstapel mit beispielsweise 350–400 Zellen geeignet. Die Anzahl 16 ist beispielsweise für deutlich kleinere Brennstoffzellenstapel oder andere Energiespeicher und/oder Energiewandler, wie beispielsweise mit bis zu 200 Zellen, geeignet, da hier zwar die Genauigkeit steigt aber auch die Datenmenge. The number 4 can be coded with 2 bits, and thus is advantageous for a very large number of cells. The number 8 can be coded with three bits and the number 16 with four bits. Thus, a very efficient transmission is possible with this number of voltage sections. The number 8 is particularly suitable for large fuel cell stacks with, for example, 350-400 cells. The number 16 is suitable, for example, for much smaller fuel cell stacks or other energy storage and / or energy converters, such as with up to 200 cells, because although the accuracy increases but also the amount of data.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung werden die Daten mittels eines CAN-Busses gesendet. Gerade in Fahrzeugen ist häufig eine Anbindung mit einem CAN-Bus vorgesehen. According to a further optional embodiment, the data is sent by means of a CAN bus. Especially in vehicles, a connection with a CAN bus is often provided.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung werden die Daten in mehrere CAN-Botschaften aufgeteilt. Die erste CAN-Botschaft umfasst die minimale Einzelzellspannung und die maximale Einzelzellspannung und die restlichen CAN-Botschaften umfassen die Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte in der Reihenfolge der Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers. According to a further optional embodiment, the data is divided into a plurality of CAN messages. The first CAN message comprises the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage and the remaining CAN messages comprise the information about the allocation of the voltage sections in the order of the cells of the energy store and / or energy converter.

Hierdurch ist eine sehr effiziente Übertragung möglich. Der Empfänger benötigt zunächst die minimale Einzelzellspannung und die maximale Einzelzellspannung, damit er die Spannungsbereiche der Spannungsabschnitte ermitteln kann. Anschließend werden in der Reihenfolge der Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers die Daten übertragen. Somit müssen keine Zellennummern übertragen werden, so dass weitere Daten eingespart werden können. As a result, a very efficient transmission is possible. The receiver first requires the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage so that it can determine the voltage ranges of the voltage sections. Subsequently, in the order of the cells of the energy storage and / or energy converter, the data transfer. Thus, no cell numbers must be transmitted, so that more data can be saved.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung umfasst die erste CAN-Botschaft zusätzlich die Nummer der Zelle, die die minimale Einzelzellspannung aufweist, und die Nummer der Zelle, die die maximale Einzelzellspannung aufweist. Gerade diese beiden Zellen sind besonders wichtig für die Überwachung. Somit ist es vorteilhaft diese Information explizit zu übertragen. According to a further optional embodiment, the first CAN message additionally comprises the number of the cell having the minimum single cell voltage and the number of the cell having the maximum single cell voltage. These two cells are especially important for monitoring. Thus, it is advantageous to explicitly transmit this information.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung umfasst die erste CAN-Botschaft die mittlere Zellspannung. Werden die Spannungsbereiche abhängig von der mittleren Zellspannung ermittelt, so benötigt der Empfänger zunächst die minimale Einzelzellspannung, die maximale Einzelzellspannung und die mittlere Zellspannung damit er die Spannungsbereiche der Spannungsabschnitte ermitteln kann. Somit ist es vorteilhaft auch die mittlere Zellspannung explizit zu übertragen. According to a further optional embodiment, the first CAN message comprises the average cell voltage. If the voltage ranges are determined as a function of the average cell voltage, the receiver first requires the minimum single cell voltage, the maximum single cell voltage and the average cell voltage so that it can determine the voltage ranges of the voltage sections. Thus, it is also advantageous to explicitly transmit the average cell voltage.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung umfasst zumindest eine oder insbesondere die erste oder jede der CAN-Botschaften eine Checksumme und einen Botschaftszähler. Hierdurch können die CAN-Botschaften abgesichert werden gegenüber Fehler in der Übertragung und Ähnliches. According to a further optional embodiment, at least one or in particular the first or each of the CAN messages comprises a checksum and a message counter. In this way, the CAN messages can be protected against errors in the transmission and the like.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Show it:

1 einen Brennstoffzellenstapel, 1 a fuel cell stack,

2 ein Ablaufdiagramm zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers und 2 a flow chart for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy storage and / or energy converter and

3 eine beispielhafte Verteilung von Spannungsabschnitten. 3 an exemplary distribution of voltage sections.

Die 1 zeigt als Beispiel für einen Energiewandler einen Brennstoffzellenstapel 10. Ein so genannter Cell Voltage Monitor 15 ist dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeordnet. Der Cell Voltage Monitor 15 ist dazu ausgebildet, Einzelzellspannungen der Zellen des Brennstoffzellenstapel 10 zu erfassen. Des Weiteren ist der Cell Voltage Monitor 15 dazu ausgebildet mit einer Steuervorrichtung 20 zu kommunizieren, beispielsweise mittels eines CAN-Busses. The 1 shows a fuel cell stack as an example of an energy converter 10 , A so-called Cell Voltage Monitor 15 is the fuel cell stack 10 assigned. The Cell Voltage Monitor 15 is adapted to single cell voltages of the cells of the fuel cell stack 10 capture. Furthermore, the Cell Voltage Monitor 15 designed with a control device 20 to communicate, for example by means of a CAN bus.

In automobilen Anwendungen ist der CAN-Bus mit 500 kbit/s als Übertragungskanal weit verbreitet und etabliert. Die Übertragungsrate ist beispielsweise auf etwa 25 CAN-Botschaften a 10 ms Sendeperiode mit je 52 Daten-Bits begrenzt. Damit könnten beispielsweise maximal 125 Einzelzellspannungen in voller Genauigkeit übertragen werden, wenn man je Zellspannung von einem Bereich von 1000 mV und einer Auflösung von 1 mV ausgeht. In automotive applications, the CAN bus with 500 kbit / s is widely used and established as a transmission channel. The transmission rate is limited, for example, to about 25 CAN messages a 10 ms transmission period, each with 52 data bits. Thus, for example, a maximum of 125 single-cell voltages could be transmitted in full accuracy, assuming a cell voltage range of 1000 mV and a resolution of 1 mV.

Im automobilen Bereich sind jedoch Energiewandler mit einem Brennstoffzellenstapel mit Zellzahlen in einem Bereich um 350 bis 400 oder mehr als 400 möglich. Eine Möglichkeit wäre, neben der minimalen, der mittleren und ggf. der maximalen Zellspannung lediglich noch ausgewählte Einzelzellspannungen zu übertragen. Hierdurch ist es allerdings nicht möglich alle Zellen zu überwachen. In the automotive sector, however, energy converters with a fuel cell stack with cell numbers in the range of 350 to 400 or more than 400 are possible. One possibility would be to transmit only selected individual cell voltages in addition to the minimum, the average and possibly the maximum cell voltage. However, it is not possible to monitor all cells.

Eine andere Methode wäre Blockspannungen, die jeweils mehrere Einzelzellen zusammenfassen, zu übertragen und keine oder nicht ausschließlich Einzelzellspannungen. Allerdings wäre es auch hierdurch nicht möglich alle Zellen zu überwachen. Another method would be to transmit block voltages, each combining several single cells, and no or not exclusively single cell voltages. However, it would not be possible to monitor all cells.

Weitere Maßnahmen wären Einschränkungen in der Aktualisierungsrate, beispielsweise durch Multiplexen, d. h. die Einzelzellspannungen werden blockweise übertragen und die gesamte Information steht erst nach mehreren Sendezyklen vollständig zur Verfügung. Hierdurch wäre es zwar möglich alle Zellen zu überwachen, allerdings kann nicht sehr schnell auf Probleme reagiert werden. Further measures would be restrictions on the update rate, for example by multiplexing, i. H. the single-cell voltages are transmitted in blocks and the entire information is only available after several transmission cycles. This would make it possible to monitor all cells, but can not respond very quickly to problems.

Einer Reduzierung der Genauigkeit sind Grenzen gesetzt, weil die Aussagekraft für die Bewertung des Zustands des Brennstoffzellenstapels stark verringert wird. A reduction in accuracy is limited because the significance for the assessment of the state of the fuel cell stack is greatly reduced.

Nachteil der obigen Verfahren ist eine wesentlich eingeschränkte Möglichkeit der Bewertung eines Brennstoffzellenstapels hinsichtlich seines momentanen Zustands in einem Brennstoffzellensystem. Zum einen können bestimmte Zellen, die gerade Probleme haben, gar nicht erfasst werden, weil sie nicht im Katalog der gemessenen Zellen auftreten. Zum anderen müssen größere Pufferzonen vorgesehen und damit der nutzbare Leistungsbereich des Stapels eingeschränkt werden, wenn die Auflösung der Signale zu stark reduziert wird. Wählt man eine Herabsetzung der Aktualisierungsrate, wird die Dynamik des Brennstoffzellenstapels eingeschränkt. Disadvantage of the above methods is a significantly limited possibility of evaluation of a fuel cell stack in terms of its current state in a fuel cell system. On the one hand, certain cells that are experiencing problems can not be detected because they do not appear in the catalog of measured cells. On the other hand, larger buffer zones must be provided and thus the usable power range of the stack should be limited if the resolution of the signals is reduced too much. If one chooses a reduction of the update rate, the dynamics of the fuel cell stack is limited.

Die Einschränkung der Aussagekraft wird wesentlich verschärft, wenn Zellen zusammengefasst werden und nur die Blockspannung (= Gesamtspannung des Blocks) übertragen wird, da für die Rückrechnung auf die Einzelzellspannungen eine große Unschärfe besteht. The limitation of the informational value is considerably increased if cells are combined and only the block voltage (= total voltage of the block) is transmitted, since there is a great deal of blurring for the recalculation to the single-cell voltages.

Für manche Ansätze ist zusätzlich zu den Spannungswerten auch die Übertragung der jeweiligen Zell bzw. Block-Nummern notwendig. Dies verbraucht wiederum Übertragungskapazität auf dem Bus. For some approaches, the transmission of the respective cell or block numbers is necessary in addition to the voltage values. This in turn consumes transmission capacity on the bus.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers um eine sehr effiziente Überwachung eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers zu ermöglichen. 2 shows a flowchart of a program for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy storage and / or energy converter to allow a very efficient monitoring of an energy storage and / or energy converter.

Eine Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, das Programm zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers auszuführen. Die Vorrichtung 1 weist hierfür insbesondere eine Recheneinheit, einen Programm- und Datenspeicher, sowie beispielsweise eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen auf. Der Programm- und Datenspeicher und/oder die Recheneinheit und/oder die Kommunikationsschnittstellen können in einer Baueinheit und/oder verteilt auf mehrere Baueinheiten ausgebildet sein. A device 1 is configured to execute the program for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy storage and / or energy converter. The device 1 has for this purpose in particular a computing unit, a program and data memory, as well as, for example, one or more communication interfaces. The program and data memory and / or the arithmetic unit and / or the communication interfaces can be formed in a structural unit and / or distributed over several structural units.

Die Vorrichtung 1 kann auch als Vorrichtung 1 zum Senden von einer Information betreffend Zellspannungen von Zellen eines Energiespeichers und/oder Energiewandlers bezeichnet werden. The device 1 Can also be used as a device 1 for transmitting information regarding cell voltages of cells of an energy storage and / or energy converter.

Die Vorrichtung 1 ist insbesondere in dem Cell Voltage Monitor 15 ausgebildet. The device 1 especially in the Cell Voltage Monitor 15 educated.

Auf dem Daten- und Programmspeicher der Vorrichtung 1 ist hierfür insbesondere das Programm gespeichert. On the data and program memory of the device 1 In particular, the program is stored for this purpose.

Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. The program is started in a step S1 in which variables can be initialized if necessary.

In einem Schritt S3 wird für jede Zelle des Energiespeichers und/oder Energiewandlers eine Einzelzellspannung ermittelt. In a step S3, a single-cell voltage is determined for each cell of the energy store and / or energy converter.

In einem Schritt S5 wird abhängig von den Einzelzellspannungen mindestens eine Referenzeinzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermittelt. In a step S5, at least one reference individual cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a function of the individual cell voltages.

Beispielsweise wird hierfür eine minimale Einzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers als Referenzeinzelzellspannung ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird eine maximale Einzelzellspannung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers als weitere Referenzeinzelzellspannung ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird eine mittlere Einzelzellspannung als weitere Referenzeinzelzellspannung ermittelt. For example, a minimum single cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a reference single cell voltage for this purpose. Alternatively or additionally, a maximum single-cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a further reference individual cell voltage. Alternatively or additionally, an average single cell voltage is determined as a further reference single cell voltage.

In einem Schritt S7 werden abhängig von der mindestens einen Referenzeinzelzellspannung für eine vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten Grenzen der vorgegebenen Anzahl an Spannungsabschnitten ermittelt, wobei die Spannungsabschnitte jeweils repräsentativ sind für einen Spannungsbereich bezogen auf die mindestens eine Referenzeinzelzellspannung. In a step S7, depending on the at least one reference individual cell voltage, limits of the predetermined number of voltage sections are determined for a predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range related to the at least one reference individual cell voltage.

Beispielsweise werden abhängig von der minimalen Einzelzellspannung und der maximalen Einzelzellspannung für die vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten die Grenzen ermittelt, wobei die Spannungsabschnitte jeweils repräsentativ sind für einen Spannungsbereich zwischen der minimalen Einzelzellspannung und der maximalen Einzelzellspannung. Die vorgegebene Anzahl an Spannungsabschnitten ist beispielsweise 8 oder 16. For example, depending on the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage for the predetermined number of voltage sections, the limits are determined, the voltage sections are each representative of a voltage range between the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage. The predetermined number of voltage sections is for example 8 or 16.

Optional kann zusätzlich abhängig von den Einzelzellspannungen eine mittlere Einzelzellspannung ermittelt werden und die Grenzen abhängig von der minimalen Einzelzellspannung, der maximalen Einzelzellspannung und der mittleren Einzelzellspannung ermittelt werden. Optionally, depending on the individual cell voltages, an average single cell voltage can additionally be determined and the limits determined as a function of the minimum single cell voltage, the maximum single cell voltage and the average single cell voltage.

Der Spannungsbereich der Spannungsabschnitte kann relativ und/oder absolut sein. Außerdem können die Spannungsbereiche unterschiedliche Größen aufweisen. The voltage range of the voltage sections may be relative and / or absolute. In addition, the voltage ranges may have different sizes.

Beispielhaft kann folgende Verteilung gewählt werden, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Ausgangsbedingungen sind hierbei beispielhaft ein Messbereich pro Zelle von 1000 mV, eine maximale Auflösung kritischer Zellspannungen von 1 mV und eine Anzahl an Spannungsabschnitten von 8. By way of example, the following distribution can be selected, as described in 3 is shown. The starting conditions here are by way of example a measuring range per cell of 1000 mV, a maximum resolution of critical cell voltages of 1 mV and a number of voltage sections of 8.

Die Spannungsabschnitte werden beispielsweise folgendermaßen ermittelt:
Spannungsabschnitt 0: Ucell,min ≤ Ucell ≤ UzoneO,max,
Spannungsabschnitt 1: UzoneO,max < Ucell ≤ Uzone1,max,
Spannungsabschnitt 2: Uzone1,max < Ucell ≤ Uzone2,max,
Spannungsabschnitt 3: Uzone2,max < Ucell ≤ Uzone4,min,
Spannungsabschnitt 4: Uzone4,min < Ucell ≤ Uzone4,max,
Spannungsabschnitt 5: Uzone4,max < Ucell ≤ Uzone6,min,
Spannungsabschnitt 6: Uzone6,min < Ucell ≤ Uzone7,min und
Spannungsabschnitt 7: Uzone7,min < Ucell ≤ Ucell,max, wobei
UzoneO,max = Ucell,min + min(2 mV; 1 % dMin),
Uzone1,max = Ucell,min + min(10 mV; 5% dMin),
Uzone2,max = Ucell,min + min(50 mV; 25% dMin),
Uzone4,min = Ucell,ave – min(30 mV; 15% dMin),
Uzone4,max = Ucell,ave + min(30 mV; 15% dMin),
Uzone6,min = Ucell,max – min(10 mV; 5% dMax) und
Uzone7,min = Ucell,max – min(2 mV; 1 % dMax), wobei
dMin = Ucell,ave – Ucell,min und dMax = Ucell,max – Ucell,ave,
wobei Ucell,min die minimale Einzelzellspannung ist,
Ucell,max die maximale Einzelzellspannung und Ucell,ave die mittlere Einzelzellspannung. The voltage sections are determined, for example, as follows:
Voltage section 0: Ucell, min ≦ Ucell ≦ Uzone O, max,
Voltage section 1: Uzone O, max <Ucell ≤ Uzone1, max,
Voltage section 2: Uzone1, max <Ucell ≤ Uzone2, max,
Voltage section 3: Uzone2, max <Ucell ≤ Uzone4, min,
Voltage section 4: Uzone4, min <Ucell ≤ Uzone4, max,
Voltage section 5: Uzone4, max <Ucell ≤ Uzone6, min,
Voltage section 6: Uzone6, min <Ucell ≤ Uzone7, min and
Voltage section 7: Uzone7, min <Ucell ≤ Ucell, max, where
Uzone O, max = Ucell, min + min (2 mV, 1% dMin),
Uzone1, max = Ucell, min + min (10 mV, 5% dMin),
Uzone2, max = Ucell, min + min (50mV, 25% dmin),
Uzone4, min = Ucell, ave - min (30 mV, 15% dmin),
Uzone4, max = Ucell, ave + min (30 mV, 15% dmin),
Uzone6, min = Ucell, max - min (10 mV, 5% dMax) and
Uzone7, min = Ucell, max - min (2 mV, 1% dMax), where
dMin = Ucell, ave - Ucell, min and dMax = Ucell, max - Ucell, ave,
where Ucell, min is the minimum single cell voltage,
Ucell, max the maximum single cell voltage and Ucell, ave the mean single cell voltage.

In einem Schritt S9 werden die Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers abhängig von den Einzelzellspannungen den Spannungsabschnitten zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt beispielsweise in die obig beschriebenen und in 3 gezeigten Spannungsabschnitte, wobei Ucell die Einzelzellspannung einer jeweiligen Zelle ist. In a step S9, the cells of the energy store and / or energy converter are assigned to the voltage sections as a function of the individual cell voltages. The assignment is made for example in the above described and in 3 Voltage sections shown, where Ucell is the single cell voltage of each cell.

In einem Schritt S11 werden Daten gesendet, die eine Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte umfassen. Die Daten werden beispielsweise an die Steuervorrichtung 20 gesendet. In a step S11, data is transmitted which includes information about the assignment of the voltage sections. For example, the data is sent to the control device 20 Posted.

Die Daten werden beispielsweise mittels eines CAN-Busses gesendet. Hierbei werden die Daten insbesondere in mehrere CAN-Botschaften aufgeteilt, wobei die erste CAN-Botschaft die minimale Einzelzellspannung und die maximale Einzelzellspannung umfasst und die restlichen CAN-Botschaften die Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte in der Reihenfolge der Zellen des Energiespeichers und/oder Energiewandlers. Optional weist die erste CAN-Botschaft zusätzlich die Nummer der Zelle auf, die die minimale Einzelzellspannung aufweist, und die Nummer der Zelle, die die maximale Einzelzellspannung aufweist. Optional umfasst die erste CAN-Botschaft die mittlere Zellspannung. Optional umfasst jede der CAN-Botschaften eine Checksumme und einen Botschaftszähler. The data is sent, for example, by means of a CAN bus. In this case, the data are in particular divided into a plurality of CAN messages, wherein the first CAN message comprises the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage and the remaining CAN messages contain the information about the assignment of the voltage sections in the order of the cells of the energy store and / or energy converter , Optionally, the first CAN message additionally includes the number of the cell having the minimum single cell voltage and the number of the cell having the maximum single cell voltage. Optionally, the first CAN message includes the average cell voltage. Optionally, each of the CAN messages includes a checksum and a message counter.

Beispielsweise ergibt sich somit folgender Aufbau der CAN-Botschaften. For example, this results in the following structure of the CAN messages.

Wenn jede CAN-Botschaft mit der Checksumme „Cyclic Redundancy Check", CRC, (8 Bit) und dem Botschaftszähler „Alive Rolling Counter", ARC, (4 Bit) abgesichert wird, bleiben pro Botschaft noch 52 nutzbare Bits übrig. If every CAN message is backed up with the checksum "Cyclic Redundancy Check", CRC, (8 bits) and the message counter "Alive Rolling Counter", ARC, (4 bits), there are still 52 usable bits left per message.

Die erste CAN-Botschaft umfasst die mittlere Einzelzellspannung (Ucell,ave) (10 Bit), die minimale Einzelzellspannung (Ucell,min) (10 Bit), die Nummer der Zelle mit minimaler Einzelzellspannung (9 Bit), die maximale Einzelzellspannung (Ucell,max) (10 Bit), die Nummer der Zelle mit maximaler Einzelzellspannung (9 Bit Summe) und somit in Summe 48 Bit. The first CAN message comprises the mean single cell voltage (Ucell, ave) (10 bits), the minimum single cell voltage (Ucell, min) (10 bits), the cell number with minimum single cell voltage (9 bits), the maximum single cell voltage (Ucell, max) (10 bits), the number of the cell with maximum single cell voltage (9 bits sum) and thus in total 48 bits.

Bei acht Spannungsabschnitten werden auf dem CAN-Bus pro Zelle 3 Daten-Bits benötigt, da pro Zelle eine Zahl von 0 bis 7 übertragen werden muss, die der Zuordnung der Zelle zu einem Spannungsabschnitt entspricht. Die weiteren CAN-Botschaften können demnach 17 Zellspannungen Übertragen, ein Bit bleibt ungenutzt (17 × 3 + 1 = 52). Damit können zusammen mit der ersten CAN-Botschaft in 25 CAN-Botschaften Informationen für 408 Zellen (24 × 17) übertragen werden, beziehungsweise, wenn man das ungenutzte Bit und und den Freiraum in der ersten CAN-Botschaft hinzuzählt, sogar Informationen für bis zu 411 Zellen übertragen werden. With eight voltage sections, 3 data bits per cell are required on the CAN bus, since a number from 0 to 7 must be transmitted per cell, which corresponds to the assignment of the cell to a voltage section. The further CAN messages can therefore transmit 17 cell voltages, one bit remains unused (17 × 3 + 1 = 52). Thus, together with the first CAN message, information for 408 cells (24 × 17) can be transmitted in 25 CAN messages or, if one adds the unused bit and the free space in the first CAN message, even information for up to 411 cells are transmitted.

Damit kann man für übliche Fahrzeugbrennstoffzellenstapel Informationen zu allen Zellen mit einer Rate von 10 ms übertragen mit einer gewichteten Auflösung der Signale, die eine vollständige, schnelle und genaue Bewertung des aktuellen Zustandes des Brennstoffzellenstapels gewährleistet. Thus, for common vehicle fuel cell stacks, information can be transmitted to all cells at a rate of 10 ms with a weighted resolution of the signals, which ensures a complete, fast and accurate assessment of the current state of the fuel cell stack.

In einem Schritt S13 wird das Programm beendet und kann gegebenenfalls wieder in dem Schritt S1 gestartet werden. In a step S13, the program is ended and may optionally be started again in the step S1.

Indem anstelle der Einzelzellspannungen eine Information zu der Zuordnung der Spannungsabschnitte übertragen wird, können durch obig beschriebenes Verfahren die Daten, die für die Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers nötig sind, sehr effizient übertragen werden, so dass eine sehr effiziente Überwachung des Energiespeichers und/oder Energiewandlers ermöglicht wird. By transmitting information on the allocation of the voltage sections instead of the individual cell voltages, the data required for the monitoring of the energy store and / or energy converter can be transmitted very efficiently by the method described above, so that a very efficient monitoring of the energy store and / or or energy converter is enabled.

Die Definition der Spannungsabschnitte kann beliebig erfolgen (relativ, absolut, relativ/absolut gemischt, etc.). Sie muss lediglich sowohl beim Sender als auch beim Empfänger identisch und bekannt sein. Auch die Anzahl der Spannungsabschnitte ist prinzipiell frei wählbar. Die Einteilung in acht Spannungsabschnitte passt mit ihren 3 Bit gut in die vorhandene Bandbreite des CAN-Busses. Für Stapel mit deutlich kleineren Zellzahlen kann man z. B. mit je 4 Bit auch 16 Spannungsabschnitte darstellen. Weiterhin lässt sich das Verfahren auch anwenden, wenn nicht für alle, sondern nur für ausgewählte Zellen Informationen übertragen werden sollen. In diesem Fall hätte man die Freiheit, entweder die Genauigkeit durch eine höhere Anzahl an Spannungsabschnitten zu steigern oder die freigewordene Kapazität für andere Informationen zu nutzen. Für die Auswertung kann festgelegt werden, ob man als Referenzeinzelzellspannung einen mittleren Wert der Spannungsabschnitte oder dem Worst-Case-Szenario folgend einen kritischen Randwert verwendet. Als Plausibilitätskontrolle für den ermittelten mittleren Einzelspannungswert können alle Zonenspannungen herangezogen werden. The definition of the voltage sections can be arbitrary (relative, absolute, relative / absolute mixed, etc.). It only has to be identical and known to both the sender and the recipient. The number of voltage sections is basically freely selectable. The division into eight voltage sections with its 3 bits fits well into the existing bandwidth of the CAN bus. For stacks with significantly smaller cell numbers can be z. B. represent each with 4 bits and 16 voltage sections. Furthermore, the method can also be used if information should not be transmitted for all, but only for selected cells. In this case one would have the freedom either to increase the accuracy by a higher number of voltage sections or to use the released capacity for other information. For the evaluation, it can be determined whether a reference value is used as a reference single cell voltage, a mean value of the voltage sections or the worst-case scenario following a critical boundary value. As a plausibility check for the determined average single voltage value all zone voltages can be used.

Anstelle der minimalen Einzelzellspannung, der maximalen Einzelzellspannung oder der mittleren Einzelzellspannung können auch andere Eckwerte definiert werden. Grundsätzlich kann das gesamte Verfahren auch auf die Übertragung von Batteriezellspannungen beispielsweise in Batterie-elektrischen-Fahrzeugen eingesetzt werden oder für andere Energiespeicher und/oder Energiewandler mit einem Zellenaufbau. Instead of the minimum single cell voltage, the maximum single cell voltage or the average single cell voltage, other basic values can also be defined. In principle, the entire method can also be used for the transmission of battery cell voltages, for example in battery-electric vehicles, or for other energy storage devices and / or energy converters with a cell structure.

Das beschriebene Verfahren vereinigt mit der Verdichtung der Daten um das Dreifache die Möglichkeit, Informationen zu allen Zellen beispielsweise eines im Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellenstacks über einen gängigen CAN-Bus (500 kBit/s) zu übertragen, ohne Einbußen in der erforderlichen Auflösung. Damit kann das Brennstoffzellensystem in erweiterten Grenzen und somit mit erhöhter Leistung betrieben werden. The method described combines with the compression of the data three times the ability to transmit information on all cells, for example, a fuel cell stack arranged in the vehicle over a common CAN bus (500 kbit / s), without sacrificing the required resolution. Thus, the fuel cell system can be operated in extended limits and thus with increased power.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

S1–S13 S1-S13: Schritte steps
1 1: Vorrichtung contraption
10 10: Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
15 15: Cell Voltage Monitor Cell Voltage Monitor
20 20: Steuervorrichtung control device

Claims

Method for transmitting information concerning cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter, in which A single-cell voltage is determined for each cell of the energy store and / or energy converter, Depending on the individual cell voltages, at least one reference individual cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined, Depending on the at least one reference individual cell voltage, limits of the predetermined number of voltage sections are determined for a predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range related to the at least one reference single cell voltage, The cells of the energy store and / or energy converter are assigned to the voltage sections as a function of the individual cell voltages, - Data are sent, which include information about the assignment of the voltage sections.

The method of claim 1, wherein A minimum single cell voltage of the energy store and / or energy converter is determined as a reference single cell voltage, - A maximum single cell voltage of the energy storage and / or energy converter is determined as a further reference single cell voltage and - The limits of the predetermined number of voltage sections are determined depending on the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage for the predetermined number of voltage sections, wherein the voltage sections are each representative of a voltage range between the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage.

The method of claim 2, wherein an average single cell voltage is determined as a further reference single cell voltage and the limits of the predetermined number of voltage sections depending on the minimum single cell voltage, the maximum single cell voltage and the average single cell voltage are determined.

The method of claim 2 or 3, wherein the voltage range of at least one of the voltage sections is relative to the minimum single cell voltage or the maximum single cell voltage.

Method according to one of the preceding claims, wherein the voltage range of at least one of the voltage sections is absolute.

Method according to one of claims 2 to 5, wherein at least two of the voltage sections have different sized voltage ranges.

Method according to one of the preceding claims, in which the predetermined number of voltage sections is 4, 8 or 16.

Method according to one of the preceding claims, in which the data are sent by means of a CAN bus.

The method of claim 8, wherein the data is divided into a plurality of CAN messages and the first CAN message comprises the minimum single cell voltage and the maximum single cell voltage and the remaining CAN messages comprise the information about the assignment of the voltage sections in the order of cells of the energy storage and / or energy converter.

The method of claim 9, wherein the first CAN message additionally comprises the number of the cell having the minimum single cell voltage and the number of the cell having the maximum single cell voltage.

The method of claim 9 or 10, in its back to claim 3, wherein the first CAN message comprises the average cell voltage.

Method according to one of claims 9, 10 or 11, wherein at least one of the CAN messages comprises a checksum and a message counter.

Device for transmitting information concerning cell voltages of cells of an energy store and / or energy converter, wherein the Device is designed to carry out a method according to any one of the preceding claims.