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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft ein Batteriekommunikationssystem für ein Batteriepack Das Batteriekommunikationssystem ist so konfiguriert, dass es Batteriedaten entlang eines Pfades abfragt und überträgt, welchen es sich mit einer Herzschlaggenerationsschaltung einer integrierten Schaltung zum Überwachen der Batterie (battery monitoring integrated circuit – BMIC) teilt.
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STAND DER TECHNIK
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Der Wunsch nach einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes von Automobilen ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge sind eine Fahrzeugart, welche in dieser Hinsicht gerade entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von konventionellen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Konventionelle Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf den Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Ein Hochspannungsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs in der Regel mit Energie. Zum Batteriepack gehört eine Vielzahl von Batteriezellen, welche in einem oder mehreren Zellstapeln oder in einer oder mehreren Zellgruppen angeordnet sind. Die Batteriezellen müssen überwacht werden, um die Effizienz und die Leistung zu maximieren und mögliche Batteriestörungen zu erkennen. Einige Batteriepacks verwenden integrierte Schaltungen zum Überwachen der Batterien (BMIC), um unterschiedliche Aufgaben im Rahmen der Überwachung von Batteriezellen durchzuführen.
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KURZDARSTELLUNG
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Zu einem Batteriepack entsprechend einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung gehören unter anderem eine integrierte Schaltung zum Überwachen von Batterien (BMIC), welche mit einer Gruppe von Batteriezellen assoziiert ist, ein Kalibriermikrocontroller, welcher so konfiguriert ist, dass er Batteriedaten im Zusammenhang mit der Gruppe von Batteriezellen speichert, ein Hauptmikrocontroller und ein Datenübertragungsknoten, welcher einen gemeinsamen Pfad zum Kommunizieren sowohl eines Statussignals von der BMIC als auch der Batteriedaten vom Kalibriermikrocontroller herstellt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Batteriepacks gehört zur BMIC eine Herzschlaggenerationsschaltung, welche so konfiguriert ist, dass sie das Statussignal periodisch erzeugt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Batteriepacks gehört zur Herzschlaggenerationsschaltung eine Schaltvorrichtung.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks gehört zum Kalibriermikrocontroller eine Speichervorrichtung, welche so konfiguriert ist, dass sie die Batteriedaten speichert.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks gehören zum Hauptmikrocontroller eine Datenübertragungsschaltung und eine Datenempfangsschaltung.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks sind die BMIC und der Kalibriermikrocontroller Teil einer permanenten Speicherplatine, welche an oder in der Nähe der Gruppe von Batteriezellen montiert ist.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks gehören zur permanenten Speicherplatine eine Datenübertragungsschaltung und eine Datenempfangsschaltung.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks gehören zur Datenübertragungsschaltung ein erster Schalttransistor, ein erster Widerstand, ein zweiter Widerstand und ein zweiter Schalttransistor, und gehören zur Datenempfangsschaltung eine Schaltvorrichtung und ein dritter Widerstand.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks befindet sich der Hauptmikrocontroller fern vom Kalibriermikrocontroller.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks gehören zum Kalibriermikrocontroller ein Datenübertragungspol, welcher mit einer Datenübertragungsschaltung verbunden ist, und ein Empfangspol, welcher mit einer Datenempfangsschaltung verbunden ist.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks handelt es sich bei dem Datenübertragungsknoten um einen Einzelknoten, welcher eine Verbindung zwischen dem Kalibriermikrocontroller und dem Hauptmikrocontroller herstellt.
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Ein Verfahren entsprechend einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfasst unter anderem das Übertragen von Batteriedaten in einem Batteriekommunikationssystem eines Batteriepacks entlang eines Pfades, welcher mit einem Statussignal von einer integrierten Schaltung zum Überwachen von Batterien (BMIC) geteilt wird.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens wird der Pfad durch einen einzelnen Datenübertragungsknoten des Batteriekommunikationssystems hergestellt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorstehend beschriebenen Verfahren umfasst das Verfahren das Vergleichen eines Signals der zyklischen Redundanzprüfung (cyclic redundancy check – CRC), welches durch einen Kalibriermikrocontroller gesendet wird, mit einem CRC-Wert, welcher auf einem Hauptmikrocontroller gespeichert ist.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren das Betreiben des Batteriekommunikationssystems im Normalbetrieb, wenn das CRC-Signal mit dem CRC-Wert übereinstimmt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren das Betreiben des Batteriekommunikationssystems im Datenabfragemodus, wenn das CRC-Signal nicht mit dem CRC-Wert übereinstimmt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren befiehlt der Hauptmikrocontroller im Datenabfragemodus dem Kalibriermikrocontroller, Batteriedaten über den Pfad zu senden.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren zieht der Hauptmikrocontroller im Datenabfragemodus einen hohen Abschnitt des Statussignals nach unten auf null Volt, um die entlang des Pfades zu übertragenden Batteriedaten abzufragen.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren umfasst das Verfahren das Speichern der Batteriedaten in einer Speichervorrichtung eines Kalibriermikrocontrollers.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren gehören zu den Batteriedaten mindestens Kalibrierdaten, Gesundheitsdaten und/oder relevante Konstanten, welche mit einer Gruppe von Batteriezellen des Batteriepacks assoziiert sind. Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Abschnitte, die Ansprüche oder die nachstehende Beschreibung und die nachstehenden Zeichnungen, einschließlich jedweder der dazugehören verschiedenen Aspekte oder jeweiliger individueller Merkmale, können unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale gelten für alle Ausführungsformen, sofern derartige Merkmale nicht inkompatibel sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung gehen für den Fachmann aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervor. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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2 ist ein schematisches Systemdiagramm eines Teils eines Batteriekommunikationssystems für einen Batteriepack.
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3 veranschaulicht schematisch einen Ablauf für eine beispielhafte Steuerstrategie zum Abfragen und Übertragen von Batteriedaten in einem Batteriekommunikationssystem eines Batteriepacks.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt ausführlich ein System und ein Verfahren zum Überwachen von Batteriezellen eines Batteriepacks. Insbesondere beschreibt die vorliegende Offenbarung ausführlich ein System und ein Verfahren zum Speichern von Kennzeichnungs- und Kalibrierinformationen im Zusammenhang mit Batteriezellen in einem modularen Batteriepack. Die Kennzeichnungs- und Kalibrierinformationen können im Batteriepack an einer Stelle abgelegt sein, welche nicht nahe der Steuerelektronik des Batteriepacks liegt.
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Zu einem beispielhaften Batteriekommunikationssystem gehören eine integrierte Schaltung zum Überwachen von Batterien (BMIC), ein Kalibriermikrocontroller, und ein Hauptmikrocontroller. Der Hauptmikrocontroller kommuniziert mit dem Kalibriermikrocontroller, um Batteriedaten im Zusammenhang mit einer Gruppe von Batteriezellen abzufragen und zu übertragen. Bei einigen Ausführungsformen werden die Batteriedaten entlang eines Pfades übertragen, welcher mit einer Herzschlaggenerationsschaltung der BMIC geteilt wird. Bei anderen Ausführungsformen werden die Batteriedaten in einer Speichervorrichtung des Kalibriermikrocontrollers gespeichert und dementsprechend bei den Batteriezellen abgelegt, anstatt entfernt von den Zellen. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Abschnitten der vorliegenden detaillierten Beschreibung ausführlicher erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Obschon der Darstellung als Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle – HEV), versteht es sich, dass die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, wie beispielsweise unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV), batteriegetriebene Elektrofahrzeuge (battery electric vehicles – BEV), Fahrzeuge mit Brennstoffzellen usw. Wenngleich die Batteriekommunikationssysteme dieser Offenbarung in Relation mit elektrifizierten Fahrzeugen beschrieben sind, versteht es sich darüber hinaus, dass die verschiedenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Batteriekommunikationssysteme auf eine Verwendung in Batteriepacks in einen beliebigen Fahrzeugtyp, einer beliebigen Maschine oder einem beliebigen System anwendbar sind. Dementsprechend dient das elektrifizierte Fahrzeug 12 in 1 lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel einer Umgebung, zu welcher die Batteriekommunikationssysteme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung gehören können.
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Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, welches ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Zum ersten Antriebssystem gehört eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d.h. eine erste elektrische Maschine). Zum zweiten Antriebssystem gehören mindestens ein Motor 22 (d.h. eine zweite elektrische Maschine), der Generator 18 und ein Batteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um ein oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, deckt die vorliegende Offenbarung ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug ab, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeugen.
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Der Motor 14, bei welchem es sich bei einer Ausführungsform um einen Verbrennungsmotor handelt, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30 miteinander verbunden sein, wie beispielsweise ein Planetengetriebe. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um ein Planetengetriebe, zu welchem ein Zahnkranz 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 gehören.
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Der Generator 18 kann vom Motor 14 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie dienen und dadurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgeben, welche mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 betriebsfähig mit dem Motor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Der Zahnkranz 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, welche über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Zur zweiten Kraftübertragungseinheit 44 kann ein Getriebe mit einer Vielzahl von Zahnrädern 46 gehören. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen das Drehmoment vom Motor 14 auf ein Differential 48, um die Fahrzeugantriebsräder 28 letztlich mit Traktion zu versorgen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern enthalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Motor 22 kann zudem verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, welche ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines generatorischen Bremssystems zusammen, bei welchem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an das Batteriepack 24 ausgeben.
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Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um ein Hochspannungstraktionsbatteriepack handeln, welches eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 enthält (d.h. Batteriearrays oder Gruppen von Batteriezellen), welche in der Lage sind, elektrische Energie auszugeben, um den Motor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsarten auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (Electric Vehicle – EV) arbeiten, bei welchem der Motor 22 verwendet wird (entweder mit oder ohne Unterstützung vom Motor 14), um das Fahrzeug anzutreiben, wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter bestimmten Fahrmustern/Zyklen bis zur maximal zulässigen Entladerade entladen wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel einer Entladebetriebsart für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter einigen Umständen erhöhen, beispielsweise durch einen Zeitraum generatorischen Bremsens. Der Motor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen abgeschaltet (OFF), könnte jedoch nach Bedarf auf der Grundlage eines Fahrzeugssystemzustands oder nach Maßgabe durch den Fahrzeugführer betrieben werden.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid-Modus (HEV) laufen, in welchem der Motor 14 und der Motor 22 jeweils zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel einer Betriebsart zum Erhalten der Batterieladung für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Verwendung des Motors 22 zum Antreiben des Fahrzeugs verringern, um den Ladezustand des Batteriepacks 24 konstant oder ungefähr konstant zu halten, indem es den Antrieb durch den Motor 14 steigert. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann neben den EV- und HEV-Modi im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung in anderen Betriebsarten betrieben werden.
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2 veranschaulicht schematisch ein Batteriekommunikationssystem 54 zum Überwachen von Batteriezellen 56 eines Batteriepacks, wie beispielsweise das Batteriepack 24 in 1 oder ein beliebiges anderes Batteriepack. Die Batteriezellen 56 versorgen verschiedene elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie. Das Batteriekommunikationssystem 54 kann so konfiguriert sein, dass es eine beliebige Anzahl von Batteriezellen 56 überwacht. Die Batteriezellen 56 der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Geometrie (prismatisch, zylindrisch, Tasche usw.) oder Chemie aufweisen (Lithium-Ionen, Nickelhydrid, Bleisäure usw.).
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Zum Batteriekommunikationssystem 54 gehören eine permanente Speicherplatine 58 und ein Hauptmikrocontroller 60. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die permanente Speicherplatine 58 direkt an oder nahe bei einer oder mehreren der Batteriezellen 56 montiert, und ist der Hauptmikrocontroller 60 an einer Stelle im Batteriepack 24 montiert, welche entfernt von den Batteriezellen 56 ist. Ein gedachter Trennstrich 62 ist in 2 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Der gedachte Trennstrich 62 ist enthalten, um schematisch darzustellen, dass die permanente Speicherplatine 58 und der Hauptmikrocontroller 60 des Batteriekommunikationssystems 54 im Batteriepack 24 voneinander entfernt liegen.
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Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform gehören zur permanenten Speicherplatine 58 eine integrierte Schaltung zum Überwachen von Batterien (BMIC) 64, ein Kalibriermikrocontroller 66, eine erste Datenübertragungsschaltung 68 und eine erste Datenempfangsschaltung 70. Zum Hauptmikrocontroller 60 können eine zweite Datenübertragungsschaltung 72 und eine zweite Datenempfangsschaltung 74 gehören. Ein Datenübertragungsknoten 76 stellt eine Verbindung zwischen der permanenten Speicherplatine 58 und dem Hauptmikrocontroller 60 her. Batteriedaten werden bei einer ersten Ausführungsform über den Datenübertragungsknoten 76 zwischen dem Kalibriermikrocontroller 66 und dem Hauptmikrocontroller 60 übertragen. Bei einer anderen Ausführungsform werden zudem Statussignale von der BMIC 64 über den Datenübertragungsknoten 76 kommuniziert.
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Die BMIC 64 übt mehrere Funktionen aus. Nicht einschränkende Beispiele der verschiedenen Funktionen der BMIC 64 sind unter anderem das Messen von Spannungen der Batteriezellen 56, das Ausgleichen jeder Zelle der Gruppe von Batteriezellen 56 und das Diagnostizieren von Batteriezellen. Durch die BMIC 64 analysierte und erfasste Batteriedaten werden zur weiteren Verarbeitung selektiv an den Hauptmikrocontroller 60 gesendet, wie nachstehend näher erörtert. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer geeigneten BMIC ist die Freescale MC3371. Es können jedoch auch andere integrierte Schaltungen im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Wenngleich in 2 eine einzelne BMIC 64 veranschaulicht ist, könnten zum Batteriekommunikationssystem 54 darüber hinaus zusätzliche BMIC gehören. Beispielsweise könnte das Batteriepack 24 mehrere Gruppen von Batteriezellen 56 enthalten und eine BMIC 64 könnte jeder separaten Gruppe von Batteriezellen 56 fest zugeordnet sein. Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform kann eine BMIC 64 jeder einzelnen Batteriezelle 56 des Batteriepacks 24 zugeordnet sein. Die vorliegende Offenbarung ist dementsprechend nicht auf eine beliebige konkrete Anzahl an Batteriezellen oder BMIC beschränkt.
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Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform gehört zur BMIC 64 eine Herzschlaggenerationsschaltung 78. Zur Herzschlaggenerationsschaltung 78 gehört eine Schaltvorrichtung 82, wie beispielsweise ein Transistor. Die BMIC 64 ist so konfiguriert, dass sie periodisch ein Statussignal ausgibt, manchmal als ein „Herzschlagsignal“ bezeichnet, welches anzeigt, dass die BMIC 64 richtig funktioniert. Das Statussignal (nicht gestört) ist in der Regel über einen kurzen Zeitraum hoch (z. B. etwa 500 μs) und über einen längeren Zeitraum niedrig (z. B. etwa 10 bis 100 ms). Der hohe Abschnitt des Statussignals wird bei dem Spannungspotential oder der Höhe der Spannung der Gruppe von Batteriezellen 56 liegen, welche die BMIC 64 mit Energie versorgen, und der niedrige Abschnitt ist mit dem Boden des Batteriepacks 24 äquipotential. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform zieht der hohe Abschnitt des Statussignals den Datenübertragungsknoten 76 in die Nähe des Potentials der Spannung der Gruppe von Batteriezellen 56. Der niedrige Abschnitt des Statussignals tritt auf, wenn die Herzschlaggenerationsschaltung 78 das Statussignal auf dem Datenübertragungsknoten 76 freigibt. Dadurch sinkt die Spannung am Datenübertragungsknoten 76 nach unten auf den Boden des Batteriepacks 24.
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Die erste Datenübertragungsschaltung 68 der permanenten Speicherplatine 58 ist so konzipiert, dass sie mit der zweiten Datenempfangsschaltung 74 kommuniziert, und umfasst einen ersten Schalttransistor 84, einen ersten Widerstand 86, einen zweiten Widerstand 88 und einen zweiten Schalttransistor 90. Der erste Schalttransistor 84 ist durch einen Übertragungspol 92 des Kalibriermikrocontroller 66 gesteuert. Der erste Schalttransistor 84 schaltet sich ein (ON), wenn der Übertragungspol 92 des Kalibriermikrocontrollers 66 über die Einschaltspannung des ersten Schalttransistors 84 gezogen wird, hinsichtlich des Bodens des Batteriepacks 24 (z. B. in Sättigung). Dadurch werden Strom durch den ersten und den zweiten Widerstand 86, 88 gezogen und der zweite Schalttransistor 90 eingeschaltet (ON), wodurch der Datenübertragungsknoten 76 in die Nähe des Spannungspotentials der Gruppe von Batteriezellen 56 gezogen wird. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform überträgt der Kalibriermikrocontroller 66 Batteriedaten nur dann über die erste Datenübertragungsschaltung 68, wenn das Statussignal von der Herzschlaggenerationsschaltung 78 niedrig ist.
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Zur ersten Datenempfangsschaltung 70 der permanenten Speicherplatine 58 gehören eine Schaltvorrichtung 94, wie beispielsweise eine MOSFET-Vorrichtung oder eine beliebige Art von Transistor oder Logik, und ein Widerstand 96. Zur Schaltvorrichtung 94 gehören ein Quellanschluss 98, welcher mit dem Ausgang der Herzschlaggenerationsschaltung 78 und der ersten Datenübertragungsschaltung 68 verbunden ist, ein Gate-Anschluss 100, welcher mit dem Datenübertragungsknoten 76 verbunden ist, und ein Drain-Anschluss 102, welcher mit einem Empfangspol 104 des Kalibriermikrocontrollers 66 verbunden ist. Wenn der Datenübertragungsknoten 76 durch den Hauptmikrocontroller 60 nach unten gezogen wird, schaltet sich die Schaltvorrichtung 94 ein (ON) und wird die Spannung des Statussignals am Datenübertragungsknoten 76 empfangen. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform bildet die erste Datenempfangsschaltung 70 eine UND-Funktion zwischen dem Statussignal der Herzschlaggenerationsschaltung 78 und dem Ausgang der zweiten Datenübertragungsschaltung 72 des Hauptmikrocontrollers 60. Andere Schaltkonfigurationen können jedoch ebenfalls verwendet werden, um diese Funktion umzusetzen.
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Zur zweiten Datenempfangsschaltung 74 des Hauptmikrocontrollers 60 gehört eine Entkopplungsvorrichtung 106. Bei der Entkopplungsvorrichtung 106 kann es sich um eine photo-MOS- oder eine andere ähnliche Vorrichtung handeln. Die zweite Datenempfangsschaltung 74 ist so konfiguriert, dass sie die Wellenform, welche am Datenübertragungsknoten 76 vorliegt, durch die Steuerseite der Entkopplungsvorrichtung 106 abtastet. Ist die Leistung der Entkopplungsvorrichtung 106 hoch, ist die Basis eines Schalttransistors 108 durch einen Widerstand 110 an Vcc gebunden, wodurch der Schalttransistor 108 mit einer nach vorn gerichteten Vorspannung beaufschlagt wird. Dadurch wird ein Empfangspol 112 des Hauptmikrocontrollers 60 in die Nähe der Gehäusemasse gezogen. Die Wirkung der zweiten Datenempfangsschaltung 74 besteht darin, eine invertierte oder nicht invertierte Kopie der jeweils am Datenübertragungsknoten 76 vorliegenden Wellenform auszugeben.
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Die zweite Datenübertragungsschaltung 72 des Hauptmikrocontrollers 60 ist so konzipiert, dass sie mit der ersten Datenempfangsschaltung 70 kommuniziert, und enthält noch eine andere Entkopplungsvorrichtung 114 und eine MOSFET-Vorrichtung 116. Die Funktion der zweiten Datenübertragungsschaltung 72 besteht darin, den Datenübertragungsknoten 76 genug nach unten zu ziehen, um die Schaltvorrichtung 94 des Kalibriermikrocontrollers 66 mit einer Vorspannung zu beaufschlagen (ON). Ist ein Übertragungspol 118 des Hauptmikrocontrollers 60 hoch, wird die MOSFET-Vorrichtung 116 im Sättigungsmodus mit einer Vorspannung beaufschlagt und ermöglicht diese einen Stromfluss durch die Übertragungsseite der Entkopplungsvorrichtung 114. Sobald die Entkopplungsvorrichtung 114 eingeschaltet ist (ON), wird der Datenübertragungsknoten 76 durch einen Widerstand 120 zum Boden des Batteriepacks 24 gezogen.
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Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Datenübertragungsknoten 76 um einen Einzelknoten, welcher zwischen der permanenten Speicherplatine 58 und dem Hauptmikrocontroller 60 kreuzt und eine Kommunikation zwischen diesen ermöglicht, ohne das durch die Herzschlaggenerationsschaltung 78 der BMIC 64 generierte Statussignal zu unterbrechen. Der Datenübertragungsknoten 76 kann durch die Herzschlaggenerationsschaltung 78 und den Übertragungspol 92 des Kalibriermikrocontrollers 66 nach oben oder durch die zweite Datenübertragungsschaltung 72 des Hauptmikrocontrollers 60 nach unten gezogen werden. Der hohe oder niedrige Status des Datenübertragungsknotens 76 kann jederzeit durch den Hauptmikrocontroller 60 überwacht und gesteuert werden, während der Kalibriermikrocontroller 66 lediglich den Status des Datenübertragungsknotens 76 empfängt, wenn die zweite Datenübertragungsschaltung 72 des Hauptmikrocontrollers 60 aktiviert ist. Anders ausgedrückt, die zweite Datenübertragungsschaltung 72 des Hauptmikrocontrollers 60 muss ein Fenster um das Statussignal übertragen, welches von der Herzschlaggenerationsschaltung 78 gesendet wurde, damit der Kalibriermikrocontroller 66 den Status des Datenübertragungsknotens 76 lesen kann. In einem solchen Fall sieht der Kalibriermikrocontroller 66 einen Doppelimpuls, wenn der Hauptmikrocontroller 60 sein Statusbit in einen aktiven Zustand bringt.
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Zum Kalibriermikrocontroller 66 gehört eine Speichervorrichtung 122 zum selektiven Speichern von Batteriedaten vor dem Senden der Daten an den Hauptmikrocontroller 60 über die Kommunikationsschaltung des Batteriekommunikationssystems 54. Die Speichervorrichtung 122 kann eine beliebige Speicherart sein, einschließlich unter anderem RAM, ROM, SRAM, FLASH, EEPROM usw. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform können zu den Batteriedaten Kalibrierdaten, Gesundheitsdaten, relevante Konstanten oder beliebige andere Informationen gehören, welche durch die BMIC 64 erfasst werden, welche mit den Batteriezellen 56 in Verbindung steht. Da die Batteriedaten im Kalibriermikrocontroller 66 gespeichert sind, welcher ein Teil der permanenten Speicherplatine 58 und dementsprechend in der Nähe der Batteriezellen 56 montiert ist, befinden sich diese Daten immer bei den Batteriezellen 56.
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Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Hauptmikrocontroller 60 um ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module – BECM). Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Hauptmikrocontroller 60 Teil einer Gesamtfahrzeugsteuereinheit, wie beispielsweise ein Fahrzeugsystemsteuergerät (VSC). Der Hauptmikrocontroller 60 ist mit ausführbaren Anweisungen programmiert, um eine Verbindung mit den verschiedenen Komponenten des Batteriekommunikationssystems 54 herzustellen und diese zu betreiben. Zum Hauptmikrocontroller 60 gehören verschiedene Eingänge und Ausgänge, um eine Verbindung mit den verschiedenen Komponenten des Batteriekommunikationssystems 54 herzustellen. Zusätzlich, wenngleich nicht dargestellt, können zum Hauptmikrocontroller 60 eine Verarbeitungseinheit und ein nicht flüchtiger Speicher zum Ausführen der verschiedenen Steuerstrategien und Modi des Batteriekommunikationssystems 54 gehören.
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3, unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2, veranschaulicht eine Steuerstrategie 200 zum Abfragen und Übertragen von Batteriedaten im Batteriekommunikationssystem 54 des Batteriepacks 24. Die Steuerstrategie 200 ermöglicht das Abfragen und Übertragen von mit der Gruppe von Batteriezellen 56 assoziierten Batteriedaten entlang eines Pfades (z. B. eingerichtet durch den Datenübertragungsknoten 76), welcher mit den Statussignalen geteilt wird, welche durch die Herzschlaggenerationsschaltung 78 der BMIC 64 generiert werden.
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Die Steuerstrategie 200 beginnt bei Block 202 als Reaktion auf ein Schlüssel-Einschalt-Ereignis des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Bei Block 204 initialisiert die Herzschlaggenerationsschaltung 78 der BMIC 64 ein Statussignal und generiert dieses anschließend. Der Hauptmikrocontroller 60 setzt bei Block 206 eine „0“ in der Mitte jedes anderen Statussignals. Anschließend sendet der Kalibriermikrocontroller 66 bei Block 208 ein Signal der zyklischen Redundanzprüfung (CRC) an den Hauptmikrocontroller 60.
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Das bei Block 208 gesendete CRC-Signal wird bei Block 210 mit einem CRC-Wert verglichen, welcher im Hauptmikrocontroller 60 gespeichert ist. Der CRC-Wert kann bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform in einer Nachschlagetabelle gespeichert sein. Stimmt das CRC-Signal vom Kalibriermikrocontroller 66 mit diesem im Hauptmikrocontroller 60 gespeicherten CRC-Wert überein, fährt die Steuerstrategie 200 mit Block 212 fort, bei welchem der Hauptmikrocontroller 60 eine „0“ in der Mitte jedes anderen Statussignals von der BMIC 64 setzt. Das deutet auf einen Normalbetrieb hin und dementsprechend werden die Batteriedaten nicht vom Kalibriermikrocontroller 66 abgefragt.
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Alternativ, wenn das vom Kalibriermikrocontroller 66 gesendete CRC-Signal bei Block 210 nicht mit dem im Hauptmikrocontroller 60 gespeicherten CRC-Wert übereinstimmt, fährt die Steuerstrategie 200 mit Block 214 fort. Während Block 214 benimmt sich der Hauptmikrocontroller 60 in einem Datenabfragemodus und bringt ein Statusbit in der Mitte jedes Statussignals in einen aktiven Zustand, wodurch er dem Kalibriermikrocontroller 66 signalisiert, dass dieser Batteriedaten während des Zeitraums sendet, in welchem das Statussignal niedrig ist. Dies erfolgt bei Block 216. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform müssen die Batteriedatenabfrage und -übertragung im Statussignalimpuls versteckt sein, ohne dessen ursprüngliche Funktion hinsichtlich der Diagnose des Zustands der BMIC 64 zu stören. Hierzu verwendet der Hauptmikrocontroller 60 ein Statusbit während des hohen Abschnitts des Statussignalimpulses, um das Verhalten des Kalibriermikrocontrollers 66 zu steuern. Anders ausgedrückt, der Hauptmikrocontroller 60 zieht den hohen Impuls des Statussignals kurzzeitig nach unten auf null Volt hinsichtlich des Bodens des Batteriepacks 24. Dadurch sieht der Kalibriermikrocontroller 66 einen Doppelimpuls, wenn der Hauptmikrocontroller 60 sein Statusbit in einen aktiven Zustand bringt.
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Der Kalibriermikrocontroller 66 beendet das Senden der Batteriedaten bei Block 218. Die Batteriedaten werden in der Speichervorrichtung 122 des Kalibriermikrocontrollers 66 gespeichert und ein neues CRC-Signal wird anhand dieser Batteriedaten berechnet.
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Anschließend sendet der Kalibriermikrocontroller 66 bei Block 220 das überarbeitete CRC-Signal an den Hauptmikrocontroller 60. Das überarbeitete CRC-Signal wird bei Block 222 mit dem CRC-Wert verglichen, welcher im Hauptmikrocontroller 60 gespeichert ist. Stimmt das CRC-Signal vom Kalibriermikrocontroller 66 mit dem im Hauptmikrocontroller 60 gespeicherten CRC-Wert überein, fährt die Steuerstrategie 200 mit Block 212 fort und der Normalbetrieb wird bestätigt. Stimmen das überarbeitete CRC-Signal und der CRC-Wert jedoch nicht überein, kehrt die Steuerstrategie 200 zu Block 214 zurück. Die Steuerstrategie 200 endet bei Block 224.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht sind, dass sie konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugsziffern in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine konkrete Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten. Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Modifikationen durch den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Geltungsbereich und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu ermitteln.
