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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines fehlerhaften Moduls aus einem Parallelverbund einer Mehrzahl von Modulen einer Batterie für ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel.
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In batterieelektrisch angetriebenen Fortbewegungsmitteln, ist eine Traktionsbatterie meist so aufgebaut, dass sie aus einer Mehrzahl in Serie verschalteter Module besteht, welche sich jeweils aus einer Mehrzahl von Zellen zusammensetzen. Im Zusammenhang mit elektrisch angetriebenen Kleinfahrzeugen (EVs) oder Elektrorollern liegt eine Betriebsspannung üblicherweise im Niedervoltbereich und eine für den Antrieb verwendete Batterie setzt sich üblicherweise aus einer Mehrzahl parallel verschalteter Module zusammen. Diese Module sind i.d.R. elektrisch fest miteinander verbunden und können dementsprechend nur gemeinsam entladen oder geladen werden. Tritt ein Fehler in einer der Zellen eines Moduls auf, oder altert eine Zelle aufgrund eines Defektes schneller, als die anderen Zellen eines Moduls, oder ist eine elektrische Verbindung einer Zelle fehlerhaft, so muss das Modul außer Betrieb genommen werden. Dies ist bei einer festen Modulverbindung nicht möglich und führt in einem solchen Fall dementsprechend zwangsweise zu einer Beendigung eines Fahrbetriebs des Fortbewegungsmittels. Dies kann insbesondere im Zusammenhang mit autonom fahrenden Fortbewegungsmitteln ein Problem darstellen, da basierend auf einer aktuellen Fehler- und Verkehrssituation eine Entscheidung für ein möglichst sicheres Beenden eines Fahrbetriebs zu treffen ist, welche durch eine autonome Steuerung ggf. nicht in optimaler Weise getroffen werden kann.
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Ein Umschalten auf ein Ersatzmodul in einem Fehlerfall eines der Module der Batterie wäre somit eine Lösung. Ersatzmodule sind im Stand der Technik bekannt, werden dort jedoch überwiegend im Kontext einer seriellen Verschaltung von Modulen eingesetzt (siehe
DE102012205109A1 ). In heutigen Batteriesystemen, welche aus einer Parallelschaltung von Modulen bestehen, sollte die Batterie im Falle eines Fehlerzustandes in der Lage sein, das Fortbewegungsmittel weiter bewegen zu können. Aus technischer Sicht ist es bei einer Serienschaltung kein Problem ein Modul abzuschalten und ein weiteres Modul hinzuzuschalten. Anders sieht es bei einer Parallelschaltung aus. Hier sind bestimmte Vorgaben an eine Spannung und einen Ladezustand der einzelnen Module einzuhalten, damit keine unzulässigen bzw. hohen Ausgleichsströme beim Verschalten der Module fließen. Ebenfalls ist ein Ab- bzw. Zuschaltzeitpunkt richtig zu wählen, da dieser an vordefinierte Strombedingungen geknüpft ist.
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US2012091964A1 beschreibt eine Batteriezellen-Umgehungsschaltung, die zum Umgehen von Zellen einer Hochspannungsbatterie für ein Fahrzeug eingesetzt werden kann. Die Batterie umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Umgehungsschaltung umfasst einen ersten Schalter, der elektrisch in Reihe mit einer oder mehreren der Batteriezellen geschaltet ist, eine Umgehungsleitung, und einen zweiten Schalter, der elektrisch mit der Umgehungsleitung verbunden und parallel zu der oder den Batteriezellen geschaltet ist. Während eines normalen Zellenbetriebs ist der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter ist geöffnet, so dass ein Strom durch die eine oder die mehreren Batteriezellen fließen kann. Wenn die eine oder die mehreren Batteriezellen ausfallen oder versagen, wird der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen, so dass der Strom die eine oder die mehreren Zellen umgeht und sie somit aus dem Batteriestromkreis entfernt werden.
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US2013229152A1 beschreibt ein Ersatzverfahren für ein Stromversorgungs-Stack umfassend: Entladen oder Laden einer Mehrzahl von Stacks einer Stromversorgungsvorrichtung, in welcher die Stromversorgungs-Stacks elektrisch parallel miteinander verbunden sind, bis ein Ladezustand eines jeden Stromversorgungs-Stacks einen vorbestimmten Wert annimmt; und Ersetzen eines Ziel-Stromversorgungs-Stacks aus der Mehrzahl von Stromversorgungs-Stacks, deren Ladezustand dem vordefinierten Wert entspricht, durch Laden oder Entladen mit einem Ersatz-Stromversorgungs-Stack.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein fehlertolerantes Batteriesystem bereitzustellen, das aus einer Parallelschaltung einer Mehrzahl von Modulen besteht und im Fehlerfall weiterhin eine für einen Antrieb eines Fortbewegungsmittels erforderliche elektrische Leistung zum Fortbewegen des Fortbewegungsmittels zur Verfügung stellen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen eines fehlerhaften Moduls aus einem Parallelverbund einer Mehrzahl von Modulen einer Batterie für ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z.B. Shuttle, Bus, Motorrad, E-Bike, PKW, Transporter, LKW) ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug/Flugzeug oder eine elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine sein. Insbesondere kann das Fortbewegungsmittel auch ein autonom fahrendes Fortbewegungsmittel, wie ein autonom fahrendes Shuttle-Fahrzeug zur Passagierbeförderung sein. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Zustandsinformationen der Mehrzahl von Modulen der Batterie mittels einer Sensorik ermittelt. Zu diesem Zweck kann die Sensorik informationstechnisch mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit verbunden sein, welche eingerichtet ist, die mittels der Sensorik erfassten Zustandsinformationen zu empfangen und diese zu verarbeiten. Die durch die Sensorik bereitgestellten Zustandsinformationen können beispielsweise Informationen über eine Spannung und/oder einen Ladezustand und/oder einen Ladestrom und/oder einen Entladestrom und/oder eine Temperatur und/oder einen Gesundheitszustand der jeweiligen Module und/oder von Zellen der Batterie umfassen. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o.ä., ausgestaltet sein und neben dem Ermitteln von Zustandsinformationen der Mehrzahl von Modulen eingerichtet sein, weitere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Eine Logik zur Durchführung der jeweiligen Verfahrensschritte kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms implementiert sein, welches durch die Auswerteeinheit ausgeführt wird. Die Auswerteeinheit kann zudem informationstechnisch an eine interne und/oder externe Speichereinheit angebunden sein, um beispielsweise Berechnungsergebnisse und weitere durch die Auswerteeinheit erzeugte und/oder empfangene Daten zu speichern. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit Bestandteil eines bestehenden Batteriemanagement-Systems oder eine mit einem bestehenden Batteriemanagement-System korrespondierende Komponente sein. Die durch die Auswerteeinheit ermittelten Zustandsinformationen können in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit abgelegt werden. Darüber hinaus ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren jedes der Module der Mehrzahl von Modulen eingerichtet, einzeln aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen getrennt zu werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass jedes der Module seriell mit einem korrespondierenden Schalter verbunden ist, der in einem geöffneten Zustand das jeweilige Modul aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen trennt. Als Schalter können beispielsweise Schaltschütze eingesetzt werden, welche durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit angesteuert werden können. Des Weiteren wird eine Anzahl der Mehrzahl von Modulen bevorzugt derart gewählt, dass die Anzahl um mindestens Eins größer ist, als eine für einen Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels erforderliche Anzahl von Modulen. Eine erforderliche Anzahl von Modulen beschreibt in diesem Zusammenhang eine Mindestanzahl von Modulen, die für eine standardmäßige bzw. vordefinierte Antriebsleistung eines jeweiligen Fortbewegungsmittels notwendig ist. D.h., dass eine Hinzunahme mindestens eines weiteren Moduls zum Parallelverbund, welches als Ersatzmodul oder redundantes Modul im Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen betrachtet werden kann, zu einer entsprechenden Überdimensionierung einer standardmäßig erforderlichen Batterieleistung bzw. Batteriekapazität führt. Je nach Antriebskonzept und/oder einer Anforderung an eine Ausfallsicherheit einer jeweiligen Batterie können beispielsweise auch zwei, drei oder mehr Module als standardmäßig für den Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen erforderlich sind, vorgesehen werden.
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In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf Basis der Zustandsinformationen ein Fehlerzustand der Mehrzahl von Modulen ermittelt. Hierfür kann das oben beschriebene Computerprogramm in der Speichereinheit abgelegte, vordefinierte Schwellenwerte und/oder vordefinierte Wertebereiche mit den oben genannten Zustandsinformationen der Sensorik der Mehrzahl von Modulen abgleichen. Für den Fall, dass die Zustandsinformationen eines oder mehrerer der Mehrzahl von Modulen kritische Abweichungen hinsichtlich der vordefinierten Schwellenwerte und/oder der vordefinierten Wertebereiche enthalten, kann für das betroffene oder die betroffenen Module ein Fehlerzustand festgestellt werden. Eine Information über einen jeweiligen Fehlerzustand eines jeweiligen Moduls kann optional mit einer durch die Auswerteeinheit zusätzlich ermittelten Information über eine Schwere eines jeweiligen Fehlers in der Speichereinheit abgelegt werden.
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In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dasjenige Modul aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen getrennt, welches einen Fehlerzustand aufweist. Für den Fall, dass für mehr als ein Modul ein Fehlerzustand festgestellt wurde, können entsprechend alle betroffenen Module aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen getrennt werden. Das Trennen des oder der betroffenen Module erfolgt bevorzugt durch eine Ansteuerung der mit den betroffenen Modulen korrespondierenden Schaltern durch die Auswerteeinheit, indem die Auswerteeinheit ein Steuersignal zum Öffnen der betroffenen Schalter aussendet.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein aktueller Entladestrom der Batterie gemessen. Eine Information über den aktuellen Entladestrom kann mittels der Auswerteeinheit auf Basis der durch die Sensorik empfangenen Zustandsinformationen berechnet werden, die wie beschrieben Werte für eine Stromentnahme aus den einzelnen Modulen umfassen können. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Höhe des gemessenen Entladestroms mit einem vordefinierten Schwellenwert für einen Entladestrom verglichen. Durch das Berücksichtigen des vordefinierten Schwellenwertes kann sichergestellt werden, dass ein nachfolgendes Trennen eines fehlerhaften Moduls der Batterie nicht zu einer Beschädigung einzelner Komponenten der Batterie führt, falls ein aktueller Entladestrom im Moment der Fehlerzustandserkennung zu hoch sein sollte. Dies kann insbesondere die eingesetzten Schaltschütze betreffen, in welchen durch einen Abschaltvorgang bei hohen Strömen und/oder Spannungen eine Zerstörung von Schaltkontakten der Schaltschütze auftreten kann. Konkrete geeignete Wertebereiche für eine Festlegung des vordefinierten Schwellenwertes orientieren sich bevorzugt an einem Nennwert für eine elektrische Leistung der Schaltschütze und können sich in einem Bereich von 1 A bis 40 A, insbesondere in einem Bereich von 10 A bis 30 A und bevorzugt in einem Bereich von 15 A bis 25 A bewegen. Es sei darauf hingewiesen, dass die genannten Wertebereiche zur Festlegung des vordefinierten Schwellenwertes der Veranschaulichung dienen und nicht auf diese eingeschränkt sind. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trennen des fehlerhaften Moduls in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichens durchgeführt. Mit anderen Worten kann es von Vorteil sein, das fehlerhafte Modul trotz des vorliegenden Fehlerzustandes nicht unmittelbar im Ansprechen auf das erfolgte Ermitteln des Fehlerzustandes aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen zu trennen, falls sich ein zu diesem Zeitpunkt vorliegender Wert für einen aktuellen Entladestrom der Batterie oberhalb des vordefinierten Wertes befindet. Stattdessen kann das Modul bevorzugt erst dann aus dem Parallelverbund getrennt werden, wenn sich ein aktueller Wert für den Entladestrom unterhalb des vordefinierten Schwellenwertes befindet, so dass keine der Komponenten der Batterie beschädigt werden kann. Eine solche potentiell erforderliche Verzögerung des Trennvorgangs ist hinsichtlich der meisten möglichen Fehlerzustände der Module als unproblematisch einzustufen, da sich eine kritische Verschlechterung eines ermittelten Fehlerzustandes eines Moduls i.d.R. erst über einen längeren Zeitraum einstellt. Selbst für den Fall, dass ein thermisches Durchgehen eines Moduls festgestellt wird, verbleibt meist noch genügend Zeit für eine Notabschaltung eines solchen Moduls, ehe ein unkontrollierbarer Zustand des Moduls eintritt. D.h., dass ein im Moment der Fehlererkennung vorliegender Entladestrom, dessen Wert sich oberhalb des vordefinierten Schwellenwertes befindet, bevorzugt zunächst zu einer Reduzierung einer Leistungsentnahme aus der Batterie führt, so dass der Wert für den Entladestrom unter den vordefinierten Schwellenwert fällt und im Ansprechen darauf eine Trennung des fehlerhaften Moduls problemlos möglich wird. Die Reduzierung der Leistungsentnahme kann beispielsweise automatisch mittels der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit veranlasst werden, indem diese ein Steuersignal zum Verlangsamen eines aktuellen Fahrbetriebes an ein Steuergerät für eine autonome Steuerung des Fortbewegungsmittels überträgt.
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Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Hinweismeldung an einen Benutzer des Fortbewegungsmittels ausgegeben werden, so dass dieser über einen vorliegenden Fehlerzustand informiert wird und einen manuellen Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels entsprechend anpassen kann. Ein solcher Hinweis kann zum Beispiel als optische Warnung in einem Display des Fortbewegungsmittels und/oder durch eine Warnleuchte und/oder mittels einer Warnton- und/oder Sprachausgabe eines Audiosystems des Fortbewegungsmittels und/oder auf Basis einer haptischen Rückmeldung (z.B. Lenkradvibration) umgesetzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem weiteren Verfahrensschritt ein Fehlerzustand des fehlerhaften Moduls kategorisiert werden. Zu diesem Zweck kann in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit eine Zuordnungstabelle abgelegt sein, auf Basis derer aktuell ermittelte Fehlerzustände in eine entsprechende Kategorie eingestuft werden können. Auf diese Weise können jeweilige Fehlerzustände zum Beispiel in die Kategorien „unkritisch“, „kritisch“ und „hochkritisch“ eingestuft werden. In Abhängigkeit einer Einstufung eines jeweiligen Fehlerzustandes kann die Auswerteeinheit ein nächstmögliches Trennen des fehlerhaften Moduls unter Berücksichtigung des vordefinierten Schwellenwertes, oder ein unmittelbares Trennen ohne Berücksichtigung des vordefinierten Schwellenwertes veranlassen. Letzteres birgt die Gefahr, dass insbesondere die verwendeten Schaltschütze beschädigt werden können; in einem hochkritischen Fehlerfall eines jeweiligen Moduls kann jedoch durch diese Maßnahme ein größerer Schaden, wie zum Beispiel ein Brandschaden bedingt durch das unmittelbare Trennen vermieden werden.
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Für den Fall, dass nur eines der Module einen Fehlerzustand aufweist und dieses Modul aus dem Parallelverbund getrennt wurde, kann aufgrund des zusätzlich vorgesehenen Ersatzmoduls nach wie vor eine standardmäßig erforderliche Leistung für einen uneingeschränkten Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels entnommen werden. In diesem Fall kann es ebenfalls sinnvoll sein, den Benutzer des Fortbewegungsmittels über den Ausfall eines der Module mittels einer Hinweismeldung zu informieren, auch wenn ein aktueller Fahrbetrieb dadurch nicht eingeschränkt wird. Die Batterie kann vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass sich die einzelnen Module der Batterie separat entnehmen und austauschen lassen. Im Ansprechen auf eine Hinweismeldung bezüglich eines ausgefallenen bzw. getrennten Moduls kann der Benutzer des Fortbewegungsmittels das Modul z.B. in einer Servicewerkstatt austauschen lassen.
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Ferner kann das Verwenden unterschiedlicher Betriebsparametersätze zur Ansteuerung und/oder Überwachung der Batterie durch die Auswerteeinheit von Vorteil sein. In einem Betriebszustand, in dem sämtliche Module der Batterie, inklusive des zusätzlichen Moduls im Parallelverbund aktiv sind, können die Betriebsparameter beispielsweise angepasste Werte für eine maximal zulässige Temperatur und/oder eine maximal zulässige Stromentnahme umfassen, als in einem Fall, in welchem ein oder mehrere Module fehlerhaft sind und aus dem Parallelverbund getrennt wurden. So können bei jeder Trennung eines weiteren fehlerhaften Moduls jeweils angepasste Betriebsparametersätze, die in der Speichereinheit abgelegt sein können, durch das Computerprogramm ausgelesen und verwendet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann im Ansprechen auf das Trennen von zwei oder mehr fehlerhaften Modulen aus dem Parallelverbund ein Notbetrieb des Fortbewegungsmittels aktiviert werden. Dieser kann zum Beispiel mit einer eingeschränkten Leistungsentnahme der Batterie und entsprechenden Hinweismeldungen an den Benutzer des Fortbewegungsmittels einhergehen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Fortbewegungsmittel trotz des Fehlerfalls noch aus einer potentiell kritischen Verkehrssituation herausmanövriert werden und/oder zu einer Servicewerkstatt gefahren werden kann. Insbesondere im Zusammenhang mit einem autonom betriebenen Fortbewegungsmittel kann ein solcher eingeschränkter Notbetrieb vorteilhaft sein, so dass die autonome Steuerung des Fortbewegungsmittels das Fortbewegungsmittel sicher in den Stillstand versetzen und/oder in eine sichere Parkposition bringen kann.
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Des Weiteren kann eine Ansteuerung eines Batteriemanagementsystems der Mehrzahl von Modulen mittels einer zentralen Komponente zur Fahrzeugsteuerung (vehicle control unit, VCU) des Fortbewegungsmittels erfolgen. Das Batteriemanagementsystem und die zentrale Komponente können informationstechnisch über ein Bordnetz des Fortbewegungsmittels verbunden sein. Auf diese Weise können in der Batterie vorliegende Fehlerzustände durch die zentrale Komponente gemäß der oben beschriebenen Verfahrensschritte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung für einen Fahrbetrieb und insbesondere für einen autonomen Fahrbetrieb berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kommunikation zwischen den beschriebenen Komponenten auch durch die erfindungsgemäße Auswerteeinheit koordiniert werden. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit ein Bestandteil der zentralen Komponente zur Fahrzeugsteuerung oder des Batteriemanagementsystems der Batterie sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Trennen eines fehlerhaften Moduls aus einem Parallelverbund einer Mehrzahl von Modulen einer Batterie für ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit, einen Dateneingang und einen Datenausgang, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, in Verbindung mit dem Dateneingang Zustandsinformationen der Mehrzahl von Modulen der Batterie mittels einer Sensorik zu ermitteln, einen Fehlerzustand der Mehrzahl von Modulen auf Basis der Zustandsinformationen zu ermitteln, und in Verbindung mit dem Datenausgang dasjenige Modul aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen zu trennen, welches einen Fehlerzustand aufweist.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Antriebsstrang eines Fortbewegungsmittels;
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trennen eines fehlerhaften Moduls M1, M2, M3, M4, ME aus einem Parallelverbund einer Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME einer Batterie 20 für ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel. Im Schritt 100 werden Zustandsinformationen der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME der Batterie 20 mittels einer Sensorik 30 ermittelt. Das Ermitteln der Zustandsinformationen wird auf Basis einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit 10 durchgeführt, welche eingerichtet ist, mittels eines Dateneingangs 12 die Zustandsinformationen der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME zu empfangen und diese zu verarbeiten. Im Schritt 200 wird ein Fehlerzustand der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME auf Basis der Zustandsinformationen ermittelt, indem die Zustandsinformationen mit einem ersten Betriebsparametersatz abgeglichen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird durch die Auswerteeinheit 10 aus den Zustandsinformationen eine Temperatur des zweiten Moduls M2 ermittelt, welche sich gemäß dem ersten Betriebsparametersatz in einem kritischen Bereich oberhalb einer für die Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME maximal zulässigen, vordefinierten Temperatur liegt. Im nachfolgenden Schritt 300 wird ein Wert für einen aktuellen Entladestrom der Batterie 20 mittels der Sensorik 30 gemessen und durch die Auswerteeinheit 10 empfangen. Im Schritt 400 wird eine Höhe des gemessenen Entladestroms mit einem vordefinierten Schwellenwert für einen Entladestrom verglichen, welcher wiederum durch den ersten Betriebsparametersatz vordefiniert ist. In diesem Fall befindet sich der Wert des gemessenen Entladestroms der Batterie 20 unterhalb des vordefinierten Schwellenwertes. Im Schritt 500 wird der im zweiten Modul M2 ermittelte Fehlerzustand, welcher durch die kritisch erhöhte Temperatur des zweiten Moduls M2 verursacht wird, in Übereinstimmung mit einer Zuordnungstabelle durch die Auswerteeinheit 10 kategorisiert. Die Kategorisierung sieht hier eine Einstufung eines jeweiligen Fehlerzustandes in die Kategorien „unkritisch“, „kritisch“ und „hochkritisch“ vor. Aufgrund der kritisch erhöhten Temperatur des zweiten Moduls M2 wird durch die Auswerteeinheit 10 auf Basis der Zuordnungstabelle für diesen Fehlerzustand die Kategorie „kritisch“ ermittelt. Im Schritt 600 wird aufgrund der ermittelten Kategorie das zweite Modul M2 aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME getrennt. Da der aktuell gemessene Entladestrom unterhalb des vordefinierten Schwellenwertes für den Entladestrom liegt, kann durch die Auswerteeinheit 10 unmittelbar im Ansprechen auf das Ermitteln der Kategorie des Fehlerzustandes ein Steuersignal an einen mit dem zweiten Modul M2 in Serie geschalteten zweiten Schalter S2 übertragen werden, welches ein Öffnen des zweiten Schalters S2 veranlasst. Dadurch wird das zweite Modul M2 aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME getrennt. Im Schritt 700 wird im Ansprechen auf das Trennen des zweiten Moduls M2 aus dem Parallelverbund ein an die geänderte Anzahl aktiver Module M1, M3, M4, ME angepasster zweiter Betriebsparametersatz durch die Auswerteeinheit 10 geladen und für einen weiteren Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels verwendet. Zusätzlich wird mittels einer Sprachausgabe eines Audiosystems des Fortbewegungsmittels ein Hinweis an einen Benutzer des Fortbewegungsmittels ausgegeben, um diesen über den Ausfall eines der Module M1, M2, M3, M4, ME zu informieren.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Antriebsstrang eines Fortbewegungsmittels. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit 10, welche ein Mikrocontroller ist, der über einen Dateneingang 12 und ein Datenausgang 14 verfügt. Die Auswerteeinheit 10 ist eingerichtet, erfindungsgemäße Verfahrensschritte mittels eines die Verfahrensschritte implementierenden Computerprogramms auszuführen. Über den Dateneingang 12 ist die Auswerteeinheit 10 informationstechnisch mit einer Sensorik 30 einer Batterie 20 des Fortbewegungsmittels verbunden. Die Batterie 20 umfasst eine Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME, welche in einem Parallelverbund angeordnet sind. Die Batterie 20 fungiert als Antriebsbatterie des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels. Die in der Batterie 20 gespeicherte elektrische Energie wird mittels einer Leistungselektronik LE einem Elektromotor EM des Fortbewegungsmittels zur Verfügung gestellt. Für eine standardmäßige Antriebsleistung des Fortbewegungsmittels werden lediglich vier Module M1, M2, M3, M4 der hier aufgezeigten fünf Module M1, M2, M3, M4, ME benötigt. Das fünfte Modul, welches hier als Ersatzmodul ME bezeichnet wird, ist identisch und gleichwertig zu den Modulen M1, M2, M3, M4 und wird parallel zu den Modulen M1, M2, M3, M4 betrieben. Jedes der Module M1, M2, M3, M4, ME verfügt jeweils über in Serie mit den jeweiligen Modulen M1, M2, M3, M4, ME verbundene, korrespondierende Schalter S1, S2, S3, S4, SE. Die Schalter S1, S2, S3, S4, SE sind als Schaltschütze ausgestaltet und informationstechnisch mit dem Datenausgang 14 der Auswerteeinheit 10 verbunden und können durch die Auswerteeinheit 10 einzeln oder kombiniert angesteuert werden, um eines oder mehrere der Module durch M1, M2, M3, M4, ME aus dem Parallelverbund zu trennen. Für den Fall, dass beispielsweise das dritte Modul M3 einen Fehlerzustand aufweist, wird der dritte Schalter S3 unter Berücksichtigung eines aktuellen Entladestroms der Batterie 20 durch ein Steuersignal der Auswerteeinheit 10 in eine Unterbrechungsstellung gebracht, so dass das dritte Modul M3 aus dem Parallelverbund der Mehrzahl von Modulen M1, M2, M3, M4, ME getrennt wird. Der Elektromotor EM des Fortbewegungsmittels wird nachfolgend somit nur noch mittels der verbleibenden Module M1, M2, M4, ME mit elektrischer Energie versorgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012205109 A1 [0003]
- US 2012091964 A1 [0004]
- US 2013229152 A1 [0005]
