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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Protokollieren einer Verwendungshistorie eines Batteriesystems. Ein solches Verfahren kann nützlich sein, wenn das Batteriesystem oder ein Kraftfahrzeug mit diesem Batteriesystem weiterverkauft werden soll und sich der Käufer über den Zustand des Batteriesystems informieren möchte. Da die Verwendungshistorie über den Zustand des Batteriesystems Aufschluss geben und damit über den Wert des Batteriesystems entscheiden kann, ist die Verwendungshistorie oftmals Angriffspunkt für Manipulationsversuche, die es abzuwehren gilt. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriesystem, das gemäß dem Verfahren betrieben werden kann, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem.
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Bei einem Kraftfahrzeug kann man daran interessiert sein, Informationen über dessen Batteriesystem zu erhalten, insbesondere wenn es sich um ein Batteriesystem für den Fahrantrieb handelt, also ein sogenanntes Hochvolt-Batteriesystem (Hochvolt - elektrische Spannung größer als 60 Volt, insbesondere größer als 100 Volt). Es sollte dokumentiert sein, welche Alterung oder welchen Verschleiß das Batteriesystem aufweist (sogenannter SOH - State of Health). Dann kann man auf dem Gebrauchtwagenmarkt nicht nur anhand der angezeigten Kilometer-Laufleistung die Alterung des Batteriesystems einschätzen, sondern auch die tatsächlichen Belastungsprofile erfahren. Den aktuellen Zustand eines Batteriesystems messtechnisch zu ermitteln, ist technisch aufwendig. Aber auch die Protokollierung der Verwendungshistorie (also beispielsweise den Verlauf von Belastungsprofilen/Leistungsflussprofilen und/oder der Stromstärke über der Zeit und/oder Temperaturverläufe) gibt einen aussagekräftigen Aufschluss darüber, wie sehr die Batterie bisher belastet oder verschlissen wurde.
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Die Verwendungshistorie in der Batterie zentral zu speichern, macht ein Protokoll der Verwendungshistorie anfällig für Manipulationsversuche.
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Aus der
DE 10 2016 009 746 A1 ist ein Batteriesystem bekannt, in das ein Sicherheitselement eingebaut ist, in welchem batteriespezifische Daten gespeichert werden, unter anderem Temperaturverläufe und Ladeprofile. Eine solche zentrale Speicherung führt aber bei einer erfolgreichen Softwaremanipulation zu der besagten Täuschung über die Verwendungshistorie.
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Aus der
DE 10 2010 060 637 A1 ist eine Batteriepackung mit Fälschungsschutz bekannt, bei welcher die einzelnen Batteriezellen jeweils mit einem Identifikationscode versehen sind, der als RFID (Radio Frequency Identification) ausgelesen werden kann. Somit ist prüfbar, ob eine Batteriezelle ein Originalbauteil ist. Eine Protokollierung der Verwendungshistorie der Batterie ist mit diesem Fälschungsschutz nicht möglich.
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Aus der
DE 10 2015 002 827 A1 ist ein Batteriesystem bekannt, in welchem Batteriezellen jeweils individuelle Recheneinrichtungen aufweisen, durch welche eine Datenprozessierung ermöglicht ist. Die Recheneinrichtungen aller Batteriezellen können untereinander Daten austauschen, beispielsweise über eine Funkverbindung. Es sind verschiedene Kommunikationsmethoden beschrieben.
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Aus der
DE 11 2007 001 635 T5 ist ein Computersystem bekannt, das einen Hochfrequenz-Tag zum Identifizieren einzelner Computerkomponenten aufweist. Empfängt eine Komponente aus einer anderen Komponente Daten, die digital mit einer Kennung signiert sind, so kann über die Hochfrequenz-Tags geprüft werden, ob die Daten tatsächlich von der richtigen Komponente stammen. So kann das unautorisierte Einspeisen Daten erkannt werden. Diese Lösung ermöglicht es zwar, übertragene Daten zu authentifizieren, aber einmal gespeicherte Daten können im Nachhinein innerhalb einer Komponente manipuliert werden, also beispielsweise kann so eine bereits gespeichertes Protokoll einer Verwendungshistorie im Nachhinein im Speicher einer Komponente verändert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Batteriesystem dessen Verwendungshistorie manipulationssicher zu protokollieren.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Protokollieren einer Verwendungshistorie eines Batteriesystems bereitgestellt. Mit anderen Worten sollen Verwendungsdaten zu einzelnen Nutzungs-Zeitabschnitten gespeichert werden. Das Verfahren geht davon aus, dass in dem Batteriesystem mehrere Batteriekomponenten und eine Kommunikationseinrichtung betrieben werden oder bereitgestellt sind. Eine Batteriekomponente kann hierbei beispielsweise jeweils eine einzelne Batteriezelle oder ein Batteriemodul, in welchem einige der Batteriezellen des Batteriesystems zusammengefasst sind, oder sogar eine ganze Batterie einer Mehr-Batterien-Speichers sein.
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Die Erfindung geht davon aus, dass eine solche Batteriekomponente jeweils eine komponenteneigene Recheneinrichtung (beispielsweise zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller) und einen komponenteneigenen, lokalen Datenspeicher (beispielsweise einen sogenannten Flash-Speicher oder allgemein einen nicht-flüchtigen Datenspeicher) aufweist. Mit „komponenteneigen“ ist gemeint, dass diese Elemente in der Batteriekomponente integriert sind, beispielsweise innerhalb eines Gehäuses der Batteriekomponente eingebaut sind. Die Kommunikationseinrichtung koppelt die Recheneinrichtungen der Batteriekomponenten für eine Datenkommunikation. Es kann sich hierbei um eine Kommunikationseinrichtung handeln, wie sie eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bereits beschrieben wurde. Die Kommunikationseinrichtung kann die Datenkommunikation funkbasiert oder kabelgebunden vorsehen. Es kann auch eine optische Datenkommunikation (kabelgebunden, z.B. über Glasfaser, oder über eine Luftstrecke) erfolgen.
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Um nun mit einem solchen Batteriesystem dessen Verwendungshistorie manipulationssicher zu protokollieren, sieht das Verfahren vor, dass für aufeinanderfolgende Zeitabschnitte oder Zeitintervalle jeweils folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind. Für jeden Zeitabschnitt soll ein Datenblock an Verwendungsdaten protokolliert werden. In jeder der Batteriekomponenten ermittelt dazu deren Recheneinrichtung zu dem Zeitabschnitt Verwendungsdaten, die zumindest ein Verwendungsmerkmal des Batteriesystems betreffend diesen Zeitabschnitt beschreiben. Beispielsweise können die Verwendungsdaten den zeitlichen Verlauf und/oder einen Mittelwert und/oder zumindest einen Extremwert (Minimum und/oder Maximum) zumindest eines der folgenden Verwendungsmerkmale beschreiben: Stromstärke, Spannung, Temperatur, Leistungsfluss (Leistung Laden/Entladen) - und zwar jeweils für die jeweilige Batteriekomponente oder für das gesamte Batteriesystem. Die Recheneinrichtungen führen dann gemeinsam über die Kommunikationseinrichtung eine vorbestimmte Abstimmungsmethode durch. Durch die Datenkommunikation der Kommunikationseinrichtung stimmen sich dadurch die Recheneinrichtungen miteinander in Bezug auf die ermittelten Verwendungsdaten ab.
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Falls die Recheneinrichtungen anhand der Abstimmungsmethode erkennen, dass gemäß einem vorbestimmten Mehrheitskriterium mindestens eine vorbestimmte Mindestanzahl N der Recheneinrichtungen dieselben oder ähnliche Verwendungsdaten aufweist oder ermittelt hat, d.h. Verwendungsdaten, die gemäß einem vorbestimmten Übereinstimmungskriterium übereinstimmen, speichern alle Recheneinrichtungen eine jeweils vorbestimmte Version der übereinstimmenden Verwendungsdaten jeweils für sich (also jede Recheneinrichtung für sich) in ihrem lokalen Datenspeicher ab. Zu Überprüfung des Mehrheitskriteriums können die Recheneinrichtung ihre jeweiligen Verwendungsdaten über die Kommunikationseinrichtung gegenseitig austauschen oder übertragen.
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Durch die Abstimmungsmethode wird also ermittelt, welche Anzahl an Recheneinrichtungen übereinstimmende Verwendungsdaten aufweist. Ab wann davon ausgegangen wird, dass die „Mehrheit“ der Recheneinrichtungen übereinstimmende Verwendungsdaten ermittelt oder empfangen hat, wird durch das Mehrheitskriterium festgelegt. Die Mindestanzahl N, ab welcher eine übereinstimmende Mehrheit erkannt wird, kann beispielsweise bei 50 % oder bei 2/3 oder bei 90 % liegen, um nur Beispiele zu nennen. Die Mindestanzahl N umfasst bevorzugt mindestens die Hälfte der Recheneinrichtungen, bevorzugt mindestens 80 % der Recheneinrichtungen. Die Verwendungsdaten müssen dabei nicht identisch sein, sondern es kann durch das Übereinstimmungskriterium auch beispielsweise eine Messtoleranz berücksichtigt sein, innerhalb welcher unterschiedliche Verwendungsdaten immer noch als übereinstimmend anerkannt werden. Hier kann der Fachmann ein geeignetes Übereinstimmungskriterium in Abhängigkeit davon festlegen, welche Verwendungsdaten ermittelt werden (beispielsweise Stromstärke und/oder Temperatur) und/oder welche Messtoleranz die verwendeten Sensoreinrichtungen der Batteriekomponenten aufweisen.
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Stellt die beschriebene Mehrheit der Recheneinrichtungen fest, dass übereinstimmende Verwendungsdaten ermittelt wurden, so speichert jede Recheneinrichtung Verwendungsdaten ab, wodurch das Protokoll der Verwendungshistorie ergänzt oder erweitert wird. Es kommt also ein neuer Datenblock in dem Protokoll hinzu. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtungen alle die gleichen Verwendungsdaten abspeichern, die beispielsweise als ein Mittelwert der als übereinstimmend erkannten Verwendungsdaten berechnet sein können. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass jede Recheneinrichtung für sich ihre Verwendungsdaten abspeichert, falls diese Bestandteil der übereinstimmenden Verwendungsdaten sind. So wird dann im Datenspeicher einiger oder jeder Recheneinrichtungen zwar eine andere Version der Verwendungsdaten gespeichert, aber die Abweichungen sind innerhalb des Toleranzbereichs, wie er durch das Übereinstimmungskriterium vorgegeben worden sein kann.
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Das Protokoll der Verwendungshistorie ist also in den Datenspeichern aller beteiligten Batteriekomponenten verteilt und redundant gespeichert. Das erschwert die Manipulation bereits gespeicherter Verwendungsdaten. Das Protokoll wird zudem durch neue Verwendungsdaten nur ergänzt, wenn die besagte Mehrheit der Recheneinrichtungen (Mehrheitskriterium erfüllt) feststellt, dass die neuen, zu protokollierenden Verwendungsdaten gemäß dem Übereinstimmungskriterium miteinander übereinstimmen. Dieser Abgleich oder diese Abstimmung ist durch die Abstimmungsmethode koordiniert oder festgelegt. Dies macht das gezielte Manipulieren einzelner Batteriekomponenten unmöglich.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Verwendungshistorie in mehreren Datenspeichern verteilt gespeichert ist, nämlich in dem Datenspeicher jeder Batteriekomponente. Wollte man nun die Verwendungshistorie manipulieren, so müsste eine Manipulation in jedem Datenspeicher vorgenommen werden. Der Versuch, die Verwendungshistorie im Verlauf von deren Entstehung oder Protokollieren durch manipulierte Verwendungsdaten zu beeinflussen, erfordert es aber, in allen Batteriekomponenten dieselben manipulierten Verwendungsdaten einzuspeisen, da ansonsten die Batteriekomponenten in der Abstimmungsmethode erkennen würden, dass eine oder einige der Batteriekomponenten manipuliert werden sollen. Insgesamt wird somit der Versuch der Manipulation beim Entstehen der Verwendungshistorie oder nachträglich in der gespeicherten Verwendungshistorie technisch sehr aufwendig und damit unwahrscheinlich.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In einer Ausführungsform empfangen einige oder jede der Recheneinrichtungen ihre jeweiligen Verwendungsdaten aus einer anderen Datenquelle. Hierdurch wird eine zentrale Manipulation der Recheneinrichtung durch globales Einspeisen von manipulierten Verwendungsdaten unmöglich. Zusätzlich oder alternativ dazu ist vorgesehen, dass einige oder jede der Recheneinrichtungen ihre jeweiligen Verwendungsdaten selbst erzeugt. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Verwendungsdaten um eigene Messungen der jeweiligen Recheneinrichtung, die beispielsweise auf der Grundlage komponenteneigener Sensoren oder zumindest eines komponenteneigenen Sensors erzeugt werden. Hierdurch ist jede Recheneinrichtung gegen einen äußeren Einfluss beim Erzeugen der Verwendungsdaten abgesichert.
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In einer Ausführungsform weisen hierzu zumindest einige der Batteriekomponenten oder jede der Batteriekomponenten eine komponenteneigene Sensoreinrichtung zum Ermitteln von komponenteneigenen Verwendungsdaten auf und die jeweilige Recheneinrichtung dieser jeweiligen Batteriekomponente empfängt ihre Verwendungsdaten aus der jeweiligen komponenteneigenen Sensoreinrichtung. Hierdurch ist ein Einspeisen von manipulierten Verwendungsdaten von außerhalb der jeweiligen Batteriekomponenten unmöglich. Stattdessen werden die Verwendungsdaten mittels jeweiliger Sensoreinrichtungen der jeweiligen Batteriekomponente erzeugt.
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Dass hierbei Unterschiede in den Messungen in den jeweiligen Batteriekomponenten entstehen, kann durch eine entsprechende Messtoleranz in dem Übereinstimmungskriterium kompensiert werden. Das Übereinstimmungskriterium kann hierbei auch beispielsweise einen Abstand zwischen den Sensoreinrichtungen und/oder eine Korrelation zwischen den Messungen berücksichtigen. So müssen beispielsweise Temperaturmessungen benachbarter Batteriekomponenten beim Übereinstimmungskriterium einen geringeren Abstand oder Unterschied aufweisen als Temperaturmessungen von Batteriekomponenten, die nicht benachbart oder einen größeren Abstand als benachbarte Batteriekomponenten aufweisen. Das Übereinstimmungskriterium kann auch einen Grad einer Korrelation zwischen Messungen unterschiedlicher Sensoreinrichtungen bei der Überprüfung der Übereinstimmung berücksichtigen. Ein entsprechender, zu erwartender Korrelationskoeffizient von Messungen unterschiedlicher Sensoreinrichtungen kann beispielsweise an einem Prototypen ermittelt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die besagte Abstimmungsmethode, dass in jeder der Recheneinrichtungen Verbunddaten, welche die in dem Batteriesystem verbauten Batteriekomponenten identifizieren (also die vorhandenen oder eingebauten Recheneinrichtungen angeben) gespeichert sind. Die Verbunddaten beschreiben also den Verbund der Recheneinrichtungen. Jede der Recheneinrichtungen verifiziert, dass jede gemäß den Verbunddaten zu dem Batteriesystem gehörende Batteriekomponente ihre Verwendungsdaten für die Überprüfung des Mehrheitskriteriums meldet. Mit anderen Worten wird also erkannt, ob tatsächlich alle Recheneinrichtungen sich melden oder Verbunddaten bereitstellen. Schweigt eine Recheneinrichtung, meldet sie also keine Verwendungsdaten, so wird dies als ein Manipulationsversuch oder als Ausfall der Recheneinrichtung gewertet. Es kann vorgesehen sein, dass in diesem Fall das Mehrheitskriterium aus diesem Grund nicht erfüllt ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass bei einem Manipulationsversuch das Abklemmen oder Unterbrechen einer Datenverbindung einer Recheneinrichtung zu den übrigen Recheneinrichtungen ebenfalls erkannt und berücksichtigt wird. Die Verbunddaten können beispielsweise eine Liste der eingebauten oder zum Melden von Verwendungsdaten vorgesehenen Batteriekomponenten oder deren Recheneinrichtungen umfassen. Jede Recheneinrichtung kann beispielsweise durch einen Kennwert oder eine Kennung identifiziert oder individualisiert sein.
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In einer Ausführungsform erzeugen für den Fall, dass die Verwendungsdaten einer Batteriekomponenten ausbleiben und/oder die Batteriekomponente von den übrigen Batteriekomponenten als fehlerhaft identifiziert wird, die übrigen Batteriekomponenten (d.h. deren Recheneinrichtungen) gemäß einem vorbestimmten Koordinierungsverfahren gemeinsam ein Austauschsignal betreffend diejenige Batteriekomponente, die schweigt oder als fehlerhaft identifiziert ist. Wird also anhand der Verbunddaten erkannt, dass eine Recheneinrichtung keine Verwendungsdaten sendet, also ihre Verwendungsdaten ausbleiben, und/oder die zu dieser Recheneinrichtung gehörende Batteriekomponente defekt oder fehlerhaft ist (weil ihre Verwendungsdaten beispielsweise das Übereinstimmungskriterium verletzen), so können die übrigen Batteriekomponenten signalisieren, dass diese eine Batteriekomponente defekt zu sein scheint. Somit kann also durch das Abstimmen oder Vergleichen der Verwendungsdaten auch ein Defekt oder Ausfall einer Batteriekomponente erkannt werden. Das Koordinierungsverfahren kann vorsehen, dass eine Mehrheit der verbleibenden Batteriekomponenten (z.B. mehr als 50%) signalisieren muss, dass ein Austausch erfolgen soll, damit ein valides Austauschsignal vorliegt. Als fehlerhaft kann eine Batteriekomponente von den anderen Batteriekomponenten erkannt werden, falls jene für eine vorbestimmte Mindestanzahl von Zeitabschnitten Verwendungsdaten ermittelt, die das Übereinstimmungskriterium verletzen.
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In einer Ausführungsform wird eine der Batteriekomponenten dann durch eine neue Batteriekomponente ersetzt. Für den Fall, dass ein solches Ersetzen einer durch das Austauschsignal identifizierten Batteriekomponente durch eine neue Batteriekomponente ersetzt wird, werden in einen Datenspeicher der neuen Batteriekomponente, also in deren komponenteneigenen Datenspeicher, die gespeicherten Verwendungsdaten zumindest einer der übrigen Batteriekomponenten übertragen. Mit anderen Worten wird also durch das Entfernen einer der Batteriekomponenten der darin enthaltene Anteil des Protokolls der Verwendungshistorie ebenfalls aus dem Batteriesystem entfernt. Stattdessen kommt eine neue Batteriekomponente hinein, deren Datenspeicher noch keinen Teil der Verwendungshistorie protokolliert enthält. Um diese neue Batteriekomponente in den Verbund der Batteriekomponenten aufzunehmen, wird in ihren Datenspeicher der bisherige Teil des Protokolls der Verwendungshistorie eingespielt oder abgespeichert. Es können hierbei Verwendungsdaten aus zumindest einer der übrigen Batteriekomponenten verwendet werden. Damit ist auch die neue Batteriekomponente ein vollwertiger Teil des Speichers des Protokolls der Verwendungshistorie.
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Bisher wurde davon ausgegangen, dass das Mehrheitskriterium erfüllt ist, das heißt zumindest die Mindestanzahl N der Recheneinrichtungen Verwendungsdaten ermittelt hat, die gemäß dem Übereinstimmungskriterium übereinstimmen. Diese Verwendungsdaten werden dann in den Datenspeichern der Recheneinrichtungen batteriekomponentenintern gespeichert, wobei solche Batteriekomponenten, für die das Übereinstimmungskriterium nicht erfüllt war, Verwendungsdaten aus zumindest einer anderen Batteriekomponente empfangen und speichern kann. Es müssen dabei nicht direkt die Verwendungsdaten selbst gespeichert werden, sondern es wird in der besagten Weise eine „Version“ zu der Verwendungsdaten gespeichert, also beispielsweise die unveränderten Verwendungsdaten selbst oder beispielsweise auch ein Mittelwert aus Verwendungsdaten unterschiedlicher Batteriekomponenten. Für den Fall, dass in einem der besagten Zeitabschnitte das Mehrheitskriterium unerfüllt bleibt, also keine Mehrheit in Bezug auf die Verwendungsdaten zustande kommt, verwirft in einer Ausführungsform jede der Recheneinrichtungen ihre Verwendungsdaten. Mit anderen Worten gelangt also in keinen der Datenspeicher diese Verwendungsdaten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann anstelle der Verwendungsdaten ein Fehlereintrag in dem Datenspeicher der jeweiligen Batteriekomponente abgespeichert werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erkennbar, für welchen Zeitabschnitt das Mehrheitskriterium unerfüllt geblieben ist.
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In einer Ausführungsform werden in jeder der Recheneinrichtungen komponentenspezifische kryptographische Schlüsseldaten gespeichert und jede der Recheneinrichtung verschlüsselt die von ihr abzuspeichernden Verwendungsdaten vor oder während des Abspeicherns mittels ihrer eigenen komponenteneigenen Schlüsseldaten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in jedem Datenspeicher der Batteriekomponenten die Verwendungsdaten mit anderen Schlüsseldaten verschlüsselt sind. Bei einem Manipulationsversuch müssten also die Verschlüsselungen für jede der Batteriekomponenten individuell entschlüsselt werden, was den Aufwand für eine Manipulation weiter steigert.
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In einer Ausführungsform speichern die Recheneinrichtungen ihre jeweiligen Verwendungsdaten als eine sogenannte Blockchain oder Blockkette ab. Mit anderen Worten wird beim Abspeichern neuer Verwendungsdaten auch beispielsweise eine Prüfsumme oder Zusammenfassung der bereits abgespeicherten Verwendungsdaten mit in den Datenblock zum Abspeichern der neuen Verwendungsdaten integriert. Somit ist es erkennbar, wenn ein Teil der Verwendungsdaten manipuliert wird, da dies denjenigen Datenblock, in welchem die manipulierten Verwendungsdaten gespeichert sind, verändert, was an allen nachfolgenden Datenblöcken erkennbar ist. Somit ist eine Manipulation nur einiger der Verwendungsdaten anhand der übrigen, nachfolgenden Verwendungsdaten (in der Chronologie der Abspeichervorgänge) erkennbar. Dies macht die Manipulation nur einiger, gezielter Verwendungsdaten unmöglich. Als Abstimmungsmethode kann die aus dem Bereich der Blockchain-Technologie und/oder Krypto-Währungstechnologie bekannte Abstimmungsmethode der Blockchain-Server genutzt werden.
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In einer Ausführungsform wird als jeweilige Batteriekomponente die gesamte Batterie eines Batteriesystems betrieben. Alternativ dazu wird in einer Ausführungsform als jeweilige Batteriekomponente ein Batteriemodul des Batteriesystems betrieben. Alternativ dazu wird in einer Ausführungsform als Batteriekomponente jeweils eine Batteriezelle des Batteriesystems betrieben. Je kleiner die jeweilige Batteriekomponente in Bezug auf das gesamte Batteriesystem ist, desto mehr Datenspeicher werden verwendet, um die Verwendungshistorie zu protokollieren. Damit ist mit steigender Anzahl auch ein Manipulationsversuch schwieriger.
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Zu der Erfindung gehört auch das beschriebene Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, wobei in dem Batteriesystem mehrere Batteriekomponenten, von denen jede eine komponenteneigene Recheneinrichtung und einen komponenteneigenen, lokalen Datenspeicher aufweist, und eine Kommunikationseinrichtung, durch welche die Recheneinrichtungen der Batteriekomponenten für eine Datenkommunikation gekoppelt sind, bereitgestellt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem sind die Recheneinrichtungen der Batteriekomponenten dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemeinsam durchzuführen. Somit wird also in dem Batteriesystem dessen Verwendungshistorie verteilt auf die Datenspeicher der Batteriekomponenten protokolliert.
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Die Erfindung sieht schließlich auch ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems vor. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.):
- Fig. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die Fig. zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann ein Batteriesystem 11 aufweisen, durch welches an elektrischen Anschlusskontakten 12 des Batteriesystems 11 eine elektrische Leistung bereitgestellt werden kann, indem eine Batteriespannung 13 bereitgestellt wird, insbesondere eine Hochvolt-Spannung von mehr als 60 Volt, bevorzugt mehr als 100 Volt, und ein elektrischer Betriebsstrom 14 erzeugt wird. An die elektrischen Anschlusskontakte 12 kann zumindest ein elektrisches Gerät 15 angeschlossen sein, wobei Beispiele für elektrische Geräte 15 im Kraftfahrzeug 10 sein können: eine Leistungselektronik für eine elektrische Maschine für einen Fahrantrieb oder mehrere elektrische Maschinen für einen Fahrantrieb, ein DC/AC-Wandler (Wechselrichter), ein Klimakompressor, ein Ladegerät zum Aufladen des Batteriesystems 11.
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Zum Bereitstellen der elektrischen Batteriespannung 13 kann das Batteriesystem 11 mehrere elektrische Batteriekomponenten 16 aufweisen, von denen in der Fig. beispielhaft nur zwei gezeigt sind. Weitere Batteriekomponenten 16 sind in der Fig. durch Auslassungspunkte 17 symbolisch repräsentiert. Eine solche Batteriekomponente 16 kann beispielsweise in einem Batteriesystem 11 mit mehreren Batterien jeweils eine Batterie sein. Eine Batteriekomponente 16 kann ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen sein. Eine Batteriekomponente 16 kann eine einzelne Batteriezelle des Batteriesystems 11 sein. Eine elektrische Verschaltung 18 der Batteriekomponenten 16 mit den elektrischen Anschlusskontakten 12 ist in der Fig. lediglich symbolisch repräsentiert.
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Eine Batteriekomponente 16 kann jeweils eine Recheneinrichtung 19, einen Datenspeicher 20 und optional eine Sensoreinrichtung 21 aufweisen. Im Folgenden wird für die Beschreibung der Batteriekomponenten 16 jeweils auf nur eine einzelne Batteriekomponente 16 verwiesen. Die übrigen Batteriekomponenten 16 können in derselben Weise ausgestaltet sein.
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Die Recheneinrichtung 19 einer Batteriekomponente 16 kann beispielsweise auf zumindest einem Mikroprozessor und/oder zumindest einem Mikrocontroller beruhen. In dem Datenspeicher 20 können digitale Daten gespeichert werden, wobei der Datenspeicher 20 als nicht-flüchtiger Speicher ausgestaltet sein kann. Durch die Sensoreinrichtung 21 kann in der jeweiligen Batteriekomponente 16 zumindest eine physikalische Größe, beispielsweise zumindest eine elektrische Größe und/oder eine Temperatur und/oder ein Druck gemessen werden.
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Im Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 ergibt sich für das Batteriesystem 11 beim Bereitstellen oder Empfangen des Betriebsstroms 14 (Bereitstellen - Energieabgabe, Empfangen-Nachladevorgang) eine Belastung des Batteriesystems 11, durch welche die Batteriekomponenten 16 verschleißen oder altern können.
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Soll das Kraftfahrzeug 10 mit dem Batteriesystem 11 verkauft werden, so kann ein potenzieller Käufer daran interessiert sein, einen aktuellen Verschleißzustand oder SOH des Batteriesystems 11 zu erfahren. Anders herum kann für einen Verkäufer die Versuchung bestehen, eine Manipulation im Zusammenhang mit dem angeblichen Verschleißzustand oder SOH vorzunehmen, um durch eine solche manipulierte Angabe den Wert des Kraftfahrzeugs 10 höher vorzutäuschen als er tatsächlich ist.
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Um gegen eine solche Manipulation eine Absicherung in dem Batteriesystem 11 bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass im Verlauf eines Betriebs die Belastungshistorie oder Verwendungshistorie des Batteriesystems 11 protokolliert wird, um Lastprofile und/oder Messprofile betreffend vorbestimmte Messgrößen, die die Entwicklung des Verschleißes des Batteriesystems 11 beschreiben, in dem Batteriesystem 11 abzuspeichern. Hierbei kann vorgesehen sein, die Verwendungshistorie als verteilte Verwendungshistorie 22 auf die Datenspeicher 20 der Batteriekomponenten 16 verteilt zu speichern, wobei die jeweiligen Teildaten 23 in jedem Datenspeicher 20 redundant sind, das heißt aus jedem Datenspeicher 20 kann bevorzugt die vollständige Verwendungshistorie rekonstruiert werden. Hierbei kann sich jede Recheneinrichtung 19 jeweils auf die komponenteneigene Sensoreinrichtung 21 und auf deren Messdaten 24 verlassen, das heißt die die Teildaten 23 für den Datenspeicher 20 auf Grundlage der eigenen Messdaten 24 erzeugen. Damit während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 10 nicht eine einzelne Batteriekomponente 16 von außen beim Erzeugen der Teildaten 23 manipuliert werden kann, kann vorgesehen sein, dass vor jedem Speichervorgang neuer Teildaten 23 sich die Batteriekomponenten 16 in Bezug auf die abzuspeichernden Teildaten 23 abstimmen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Batteriekomponenten mit ihren Recheneinrichtungen jeweils zu vorbestimmten Zeitabschnitten Verwendungsdaten 25 erzeugen, oder ermitteln, und dann die eigens oder selbst ermittelten Verwendungsdaten auf Grundlage einer Kommunikationseinrichtung 26 untereinander abgleichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Verwendungsdaten zwischen den Recheneinrichtungen 19 übertragen werden. Die Kommunikationseinrichtung 26 ist hier symbolisch als ein Datenbus dargestellt, es kann aber auch eine andere drahtgebundene oder eine drahtlose oder eine optische Kommunikationseinrichtung 26 vorgesehen sein, wie es an sich aus dem Stand der Technik für die Kommunikation von Batteriekomponenten bekannt ist.
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Die Recheneinrichtungen führen insgesamt auf Grundlage der Kommunikationseinrichtung eine Abstimmungsmethode 27 zusammen durch, durch welche ermittelt wird, ob jede Recheneinrichtung 19 ähnliche oder vergleichbare Verwendungsdaten 25 ermittelt hat. Hierzu wird im Rahmen der Abstimmungsmethode 27 auf die Verwendungsdaten 25 ein Übereinstimmungskriterium 28 angewendet.
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Ist das Übereinstimmungskriterium 28 erfüllt, so können in jeder Batteriekomponente 16 die ermittelten Verwendungsdaten 25 oder allgemein eine vorbestimmte Version dieser Verwendungsdaten 25 (beispielsweise eine Kombination von Verwendungsdaten 25 mehrerer oder aller der Batteriekomponenten) als abzuspeichernde Verwendungsdaten in der vorbestimmten Version 25` als Teildaten 23 in dem jeweiligen Datenspeicher 20 abgespeichert werden.
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Damit dieses Protokollieren auch funktioniert, wenn beispielsweise eine Batteriekomponente 16 ausgefallen ist oder deren Sensoreinrichtung 21 fehlerhaft ist, kann vorgesehen sein, das Abspeichern schon dann durchzuführen, wenn ein vorbestimmtes Mehrheitskriterium 29 für die Verwendungsdaten 25 eines aktuellen Zeitabschnitts erfüllt ist.
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Im Folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der Ausgestaltung jeder Batteriekomponente als einzelne Batteriezelle beschrieben. Eine Batteriezelle mit integrierter Recheneinrichtung wird auch als Smart-Cell bezeichnet.
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Die beschriebene Idee bietet genau auf die zwei Herausforderungen eine Lösung, welche in der Darstellung des heutigen Standes beschrieben wurden und zwar mit der Verwendung der Smart-Cell in Kombination mit der Blockchain-Technologie. Die Bausteine der Blockchain sind die Smart-Cell, also Batteriezellen mit Sensoren und künstlicher Intelligenz (Recheneinrichtung), des Weiteren Informationen über die Verwendung (Verwendungsdaten). Der Algorithmus der Blockchain kann auf der Elektronik der Smart-Cell laufen, die in der Batteriezelle verbaut ist und es gibt in der Batteriezelle ausreichend Speicherplatz für die lebenslange Datenspeicherung. Die Smart-Cell können miteinander kommunizieren. Die Informationen über die bisherige und aktuelle Verwendung - nennen wir es zum Beispiel: Merkmale der Verwendung (MV) - werden in allen Batteriezellen, dezentral, gleichzeitig gespeichert. Dank der Blockchain-Technologie bilden die Batteriezellen eine Community (Verbund), d.h. sie wissen, dass andere Batteriezellen in der Batterie existieren und wie viel sie sind. Alle Änderungen, Updates von MV werden gleichzeitig in allen Batteriezellen gespeichert. Da die Batteriezellen eine Community bilden, wird ein Update der MV, also ein Eintrag eines neuen Informationsstandes nur dann erlaubt, wenn die Mehrheit der Batteriezellen dem Update zustimmt. Das Update kann nur in bestimmten Zeitabständen (Zeitabschnitte) durchgeführt werden. Diese Zeitabstände werden bevorzugt von der Mehrheit der Batteriezellen selber bestimmt. Diese Community (Verbund) der Batteriezellen und das, dass die Mehrheit der Batteriezellen einem Update zustimmen muss, macht die nachträgliche Änderung der Merkmale der Verwendung unmöglich. Somit kann die Verwendungshistorie, der „Lebenslauf“ der Batterie, nicht manipuliert werden. Die Informationen über die MV müssen verschlüsselt werden und in der Batteriezelle gespeichert werden. Für die Verschlüsselung sind gängige Wege bekannt, in der Blockchain-Technolgie wird ein Hashing-Algorithmus verwendet, welcher aus einer Information eine Buchstaben-Zahlen-Kombination erzeugt. Die Verwendung von Private und Public-Keys machen die Auslesung der Informationen möglich, aber eine Änderung ist ausgeschlossen. Reparaturfall: die Mehrheit der Batteriezellen soll es anerkennen, dass eine Batteriezelle kaputt ist, es muss ein Eintrag über diesen Fehler in allen Batteriezellen gespeichert werden und die Mehrheit der Batteriezellen müssen eine neue Batteriezelle „anfordern“. Erst dann kann eine neue Batteriezelle eingebaut werden, diese neue Batteriezelle soll von den anderen in die Community aufgenommen werden und die komplette Information der Blockchain soll in der neuen Batteriezelle gespeichert werden. Vorteil der neuen Idee: Diese dezentrale Speicherung der MV erhöht das Vertrauen in Richtung gebrauchte Batterie und dieser Anstieg des Vertrauens trägt dabei den Wert des Fahrzeuges auf dem Gebrauchtwagenmarkt gegenüber Konkurrenten zu steigern. (Oder eine Versicherung könnte den Wert der Batterie besser bestimmen, somit wäre die Versicherungssumme fahrzeugspezifisch)
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Dadurch, dass die Daten verschlüsselt sind und die Genehmigung der Mehrheit der Batteriezellen für die Änderung der MV (Datenbasis der Messdaten) nötig ist, ist eine Verfälschung der vorherige Messdaten unmöglich. (Warum sollte die Mehrheit der Batteriezellen die Änderung der alten Messdaten genehmigen?) Des Weiteren stellt die Verwendung der Blockchain-Technologie eine Art Komponentenschutz dar, weil jede Batteriezelle kennt, mit welchen anderen Batteriezellen sie verbaut ist, die Batteriezellen würden in einer anderen Umgebung nicht funktionieren.
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Die gleiche Idee kann nicht nur auf Smart-Cell-Ebene verwendet werden, sondern auch bei Zellmodulen mit Elektronik, oder bei größeren Batteriesystemen (Batteriesysteme, wo mehrere Batterien miteinander verschaltet sind): Zellmodule mit Elektronik: aktuell in den PHEV (Plug-In hybrid electric vehicle) Zellmodule mit CMC (Cell management controller - Elektronik) verbaut. Die aktuelle Elektronik könnte mit Kommunikationseinheit, künstlicher Intelligenz für die Verwendung der Blockchain-Algorithmen und mit Datenspeicher ergänzt werden. In so einem Fall würden die Zellmodule eine Community bilden, ein Zellmodul wüsste es, dass es weitere Nachbarn hat, somit könnte die gliche Idee auf Zellmodulebene mit den gleichen Vorteilen verwendet werden. Batteriesysteme: man kann sich ein System vorstellen, wo mehrere Batterien zusammengeschaltet sind (stationäre Batterien, oder große Batteriesysteme eines Busses, oder eines Schiffes). Die Batterien werden mit Kommunikationseinheit, künstlicher Intelligenz für die Verwendung der Blockchain-Algorithmen und mit Datenspeicher ergänzt werden. Jetzt bilden die Batterien eine Community / einen Verbund und verwenden die beschriebene Idee.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung wie durch die Erfindung eine Zustandserkennung einer Batterie mit Smart-Cell-Technologie und Blockchain-Technologie bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016009746 A1 [0004]
- DE 102010060637 A1 [0005]
- DE 102015002827 A1 [0006]
- DE 112007001635 T5 [0007]
