DE102021005087A1 - Method for monitoring a traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei eine Mehrzahl von Slave-Controllern (3) jeweils Zellspannungen einer Anzahl (N) von Batteriezellen (4) der Traktionsbatterie misst, wobei die Slave-Controller (3) jeweils drahtlos Daten, umfassend die Zellspannungen, eine maximale Zellspannung (Umax), eine minimale Zellspannung (Umin) und ein Fehler-Statusbit (FS), ermitteln und an einen Master-Controller (2) übertragen, wobei von jedem der Slave-Controller (3) jeweils ein Mittelwert (
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for monitoring a traction battery for an electrically driven vehicle according to the preamble of
Bei Hochvolt-Traktionsbatterien für elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind häufig zwischen 100 und 200 Zellen in Serie verschaltet, abhängig davon, ob es sich um ein System mit einer Betriebsspannung von 400 V oder 800 V handelt. Dabei soll jede einzelne Zellspannung überwacht werden, um eine optimale Betriebsführung und Schutz vor Überladung zu ermöglichen. Um eine möglichst dynamische Betriebsführung und damit eine maximale Ausreizung der Zellspannungsgrenzen zu ermöglichen, sollen die Zellspannungen mit hoher Frequenz und niedriger Latenz an einem Batteriesteuergerät vorliegen. Dies wird zumeist durch die Übertragung auf einer dedizierten Daisy-Chain-Kommunikation von Zellüberwachungs-ASICs zum Batteriesteuergerät mit einer Bandbreite von bis zu 2 Mbit/s umgesetzt. Da die Verkabelung dieser Zellüberwachungs-ASICs sowohl einen Kostenaufwand mit sich bringt als auch eine mögliche Fehlerquelle durch Unterbrechungen der Leitung darstellt, sehen neuere Zellüberwachungsvorrichtungen die Übertragung mittels Funk vor (oft im Frequenzbereich von 2.4 GHz). Hiermit geht eine Beschränkung der Bandbreite einher.In the case of high-voltage traction batteries for electrically powered vehicles, between 100 and 200 cells are often connected in series, depending on whether it is a system with an operating voltage of 400 V or 800 V. Each individual cell voltage should be monitored in order to enable optimal operation and protection against overcharging. In order to enable the most dynamic operational management possible and thus maximum exhaustion of the cell voltage limits, the cell voltages should be present at a battery control device with high frequency and low latency. This is mostly implemented through the transmission on a dedicated daisy chain communication from cell monitoring ASICs to the battery control unit with a bandwidth of up to 2 Mbit / s. Since the cabling of these cell monitoring ASICs is both costly and a possible source of error due to interruptions in the line, newer cell monitoring devices provide for radio transmission (often in the frequency range of 2.4 GHz). This is accompanied by a bandwidth limitation.
Der Multizell-Batteriemonitor LTC6813 von Analog Devices ermöglicht die Messung und Übertragung der Zellspannung im Abstand von annähernd 1 ms. In der Praxis reduziert sich die Samplerate jedoch, da neben der Zellspannungsmessung noch Diagnosen durchgeführt werden müssen, so dass typischerweise 10 ms erreicht werden.The LTC6813 multi-cell battery monitor from Analog Devices enables the cell voltage to be measured and transmitted at intervals of approximately 1 ms. In practice, however, the sample rate is reduced because, in addition to the cell voltage measurement, diagnoses also have to be carried out, so that typically 10 ms are achieved.
Die
- a) das Referenzmodulsteuergerät versendet einen Referenzmesswert auf dem Kommunikationskanal,
- b) die Modulsteuergeräte bestimmen Differenzwerte eigener Messwerte zum Referenzmesswert,
- c) die Modulsteuergeräte versenden die Differenzwerte der eigenen Messwerte zum Referenzmesswert auf dem Kommunikationskanal und
- d) das Hauptsteuergerät rekonstruiert die Messwerte der Modulsteuergeräte anhand der Differenzwerte und des Referenzmesswerts.
- a) the reference module control device sends a reference measured value on the communication channel,
- b) the module control devices determine differential values of their own measured values to the reference measured value,
- c) the module control devices send the differential values of their own measured values to the reference measured value on the communication channel and
- d) the main control device reconstructs the measured values of the module control devices based on the difference values and the reference measured value.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Überwachung einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel method for monitoring a traction battery for an electrically driven vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.The object is achieved according to the invention by a method for monitoring a traction battery for an electrically driven vehicle with the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug misst eine Mehrzahl von Slave-Controllern jeweils Zellspannungen einer Anzahl von Batteriezellen der Traktionsbatterie, wobei die Slave-Controller jeweils drahtlos Daten, umfassend die Zellspannungen, eine maximale Zellspannung, eine minimale Zellspannung und ein Fehler-Statusbit, ermitteln und an einen Master-Controller übertragen. Erfindungsgemäß wird von jedem der Slave-Controller jeweils ein Mittelwert der Zellspannungen ermittelt und mit einer ersten Bitbreite an den Master-Controller übertragen, wobei von jedem der Slave-Controller Differenzen der Anzahl der Zellspannungen zum Mittelwert ermittelt und mit einer zweiten Bitbreite an den Master-Controller übertragen werden, wobei die erste Bitbreite größer ist als die zweite Bitbreite.In a method according to the invention for monitoring a traction battery for an electrically driven vehicle, a plurality of slave controllers each measure cell voltages of a number of battery cells of the traction battery, the slave controllers each wirelessly providing data including the cell voltages, a maximum cell voltage, a minimum cell voltage and an error status bit, and transmit it to a master controller. According to the invention, a mean value of the cell voltages is determined by each of the slave controllers and transmitted to the master controller with a first bit width, with each of the slave controllers determining differences between the number of cell voltages and the mean value and sending them to the master with a second bit width. Controller are transmitted, the first bit width is greater than the second bit width.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt die hohen Ansprüche der Antriebsstrangregelung im Fahrzeug bezüglich Datenrate und Latenz und lässt es zu:
- 1. Minimal- und Maximalspannungen mit hoher Frequenz mit möglichst kleiner Abweichung zu übertragen,
- 2. die einzelnen Zellspannungen mit geringerer Frequenz und zusätzlich reduzierter Bandbreite zu übertragen, ohne die Auflösung zu beeinträchtigen,
- 3. die unter 2. aufgestellte Forderung vom Betriebszustand skalieren zu können, wobei während dynamischer Phasen die Zellspannung nicht mit voller Auflösung von jeder Zelle vorliegen muss.
- 1. to transmit minimum and maximum voltages at high frequency with the smallest possible deviation,
- 2. to transmit the individual cell voltages with a lower frequency and additionally reduced bandwidth without impairing the resolution,
- 3. To be able to scale the requirement of the operating state set out under 2., whereby the cell voltage does not have to be present with full resolution of each cell during dynamic phases.
Ein weiterer Vorteil stellt das schnellere Bereitstellen von Maximal- und Minimal-Werten für Regelalgorithmen dar. Diese können als kleinere Datenpakete verpackt werden und können unabhängig von anderen, insbesondere nicht zeitkritischen Messgrößen übertragen werden.Another advantage is the faster provision of maximum and minimum values for control algorithms. These can be as smaller Data packets are packaged and can be transmitted independently of other, in particular non-time-critical, measured variables.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Batterieüberwachungssystems, -
2 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Batterieüberwachung, und -
3 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Informationsverarbeitung im Batterieüberwachungssystem.
-
1 a schematic view of a battery monitoring system, -
2 a schematic view of a method for battery monitoring, and -
3 a schematic view of a method for information processing in the battery monitoring system.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Die für die Regelung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs und die Sicherheit notwendigen Daten, insbesondere eine maximale Zellspannung
Durch die ständige Übertragung der maximalen und minimalen Zellspannung Umax, Umin wird erreicht, dass dieser Wert auch bei einer fehlerhaften Batteriezelle
Weiter kann zwischen zwei Ausprägungen unterschieden werden: In einer ersten Ausführungsform werden die Mittelwerte
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Mittelwert
Dabei werden in einem Schritt
Anschließend wird der folgende Prozess in einer Schleife wiederholt:
- In einem Schritt
S2 sendet der Master-Controller 2 den MittelwertU Controller 3 . Diese berechnen in einem SchrittS3 unter Nutzung dieses MittelwertsU dieN DifferenzenΔ aus den jeweiligen durchden Tiefpassfilter 8 gefilterten Zellspannungen zum MittelwertU Δ an den Master-Controller 2 zurück. Der Master-Controller 2 berechnet in einem SchrittS4 aus den empfangenen DifferenzenΔ einen MittelwertΔ Δ und daraus einen neuen MittelwertU 4 und beginnt die Schleife von vorn bei SchrittS2 .
- In one step
S2 sends themaster controller 2 the meanU slave controller 3 . Calculate these in one stepS3 using this meanU theN DifferencesΔ from the respective through the low-pass filter8th filtered cell voltages to the meanU Δ to themaster controller 2 return. Themaster controller 2 calculated in one stepS4 from the differences receivedΔ an averageΔ Δ and from this a new mean valueU 4th and start the loop over at stepS2 .
Es kann eine Plausibilitätsprüfung vorgesehen sein, bei der ermittelt wird, ob der Mittelwert
Zusätzlich kann zum Mittelwert
Für das Verfahren können folgende Randbedingungen relevant sein:
- Liegt die maximale Differenz
Δ außerhalb des Wertebereichs des Signals für die zu sendende DifferenzΔ entsprechend dessen Bitbreite, dann wird diese abgeschnitten. Entsprechend müssen für einen Überlauf in negativer oder positiver Richtung Werte reserviert werden, um dies zu erkennen. Beispielsweise könnte bei 8-Bit, einer maximalen Zellspreizung von 200mV und einer Auflösung von 1mV der Wert 0xFF für einen positiven Überlauf und der Wert 0x00 für einen negativen Überlauf reserviert sein.
- Is the maximum difference
Δ outside the range of values of the signal for the difference to be sentΔ according to its bit width, then this is cut off. Correspondingly, values must be reserved for an overflow in negative or positive direction in order to recognize this. For example, with 8-bit, a maximum cell spread of 200mV and a resolution of 1mV, the value 0xFF could be reserved for a positive overflow and the value 0x00 for a negative overflow.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- BatterieüberwachungssystemBattery monitoring system
- 22
- Master-ControllerMaster controller
- 33
- Slave-ControllerSlave controller
- 44th
- BatteriezelleBattery cell
- 55
- analoges Frontendanalog frontend
- 66th
- MinimalwertermittlerMinimum appraiser
- 77th
- MaximalwertermittlerMaximum value calculator
- 88th
- TiefpassfilterLow pass filter
- 99
- MittelwertbildnerAveraging
- 1010
- SubtraktionsgliedSubtraction term
- 1111
- ZeitplanungsbausteinScheduling module
- 1212th
- SendeeinheitSending unit
- FSFS
- FehlerstatusbitError status bit
- NN
- Anzahlnumber
- S1 bis S4S1 to S4
- Schrittstep
- UminUmin
- Minimalwert, minimale ZellspannungMinimum value, minimum cell voltage
- UmaxUmax
- Maximalwert, maximale ZellspannungMaximum value, maximum cell voltage
- UU
- MittelwertAverage
- ΔΔ
- Differenzdifference
- ΔΔ
- Mittelwert der DifferenzenMean of the differences
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013217451 A1 [0004]DE 102013217451 A1 [0004]
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DE102021005087.8A DE102021005087A1 (en) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | Method for monitoring a traction battery |
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DE102021005087A1 true DE102021005087A1 (en) | 2021-11-25 |
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DE (1) | DE102021005087A1 (en) |
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---|---|---|---|---|
AT526548A1 (en) * | 2022-10-05 | 2024-04-15 | Avl List Gmbh | Coding method for coding recorded cell voltages in an electrochemical system |
Citations (1)
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DE102013217451A1 (en) | 2013-09-02 | 2015-03-05 | Robert Bosch Gmbh | Method for data transmission in a battery management system |
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2021
- 2021-10-12 DE DE102021005087.8A patent/DE102021005087A1/en active Pending
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