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Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Batteriezustands eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist bereit bekannt, dass beispielsweise elektrische Energiespeicher für Kraftfahrzeuge mit drahtlosen Kommunikationsmöglichkeiten ausgestattet werden können. Hierzu ist es dann notwendig, dass diese Kommunikationseinrichtung mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher versorgt werden muss. Dies wiederum erhöht die Kosten des elektrischen Energiespeichers, da eine Gleichspannungswandlung von Hochvolt zu Niedervolt integriert werden muss, der für den Betrieb in der Zielapplikation nicht notwendig ist. Zudem wird der Energiespeicher, insbesondere als Hochvolt-Energiespeicher, bei längeren Lagerzeiten zusätzlich entladen. Ein Nachladen der Hochvolt-Batterie erfordert dann wiederum eine Hochspannungsversorgung.
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Ferner ist bekannt, dass in der Logistik für Reparatur oder auch Produktion die elektrischen Energiespeicher gelagert werden. Gerade bei längeren Lagerzeiten ist es wichtig, eine Tiefenentladung zu verhindern. Unabhängig von der Lagerzeit ist es wichtig, eine sichere Lagerung, insbesondere auch bereits von in Betrieb genommenen Batterien, sicherzustellen. Ein einfaches Auslesen der Batterieinformation ist jedoch gemäß dem Stand der Technik nicht möglich.
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Die
DE 20 2018 005 638 U1 betrifft ein Batterieüberwachungssystem, das zumindest ein Batteriesensormodul und ein Endgerät aufweist, wobei das Batteriesensormodul einen Ladezustandssensor und zwei Anschlussvorrichtungen zum Anschließen einer zu überwachenden Batterie und zumindest eine Datenübertragungsschnittstelle zumindest für Informationen über einen Ladezustand der zu überwachenden Batterie umfassen, wobei die Informationen über den Ladungszustand Messdaten umfassen, die auf durch den Ladezustandssensor erfassten Messsignalen basieren, wobei das Batterieüberwachungssystem einen Cloud-Datenserver aufweist, der die Informationen über den Ladezustand der zu überwachenden Batterie über ein Monitoring-Portal auf dem Endgerät bereitstellt, wobei die zumindest eine Datenübertragungsschnittstelle dazu ausgebildet ist, direkt eine Internet-/IP-Verbindung zu dem Cloud-Datenserver aufzubauen, oder das Batterieüberwachungssystem zumindest eine Gateway-Einheit aufweist, mit der die zumindest eine Datenübertragungsschnittstelle verbunden oder verbindbar ist, wobei die Gateway-Einheit dazu ausgebildet ist, eine Internet-/IP-Verbindung zu dem Cloud-Datenserver aufzubauen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überwachungsvorrichtung zu schaffen, mittels welcher ein verbessertes Überwachen eines elektrischen Energiespeichers realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Überwachungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Batteriezustands eines elektrischen Energiespeichers, mit zumindest einem Verbindungselement zum zerstörungsfreien Anschließen und Abschließen der Überwachungsvorrichtung von dem elektrischen Energiespeicher, und mit einer elektronischen Recheneinrichtung, welche im angeschlossenen Zustand der Überwachungsvorrichtung an dem elektrischen Energiespeicher zum Auswerten von empfangenen Signalen des elektrischen Energiespeichers ausgebildet ist.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung ein elektrisches Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, wobei das Speicherelement zum Versorgen der elektrischen Recheneinrichtung ausgebildet ist.
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Insbesondere ist somit vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung sich mit elektrischer Energie selbst versorgen kann. Somit kann verhindert werden, dass bei beispielsweise nicht angeschlossenen elektrischen Energiespeichern ein Entladen des elektrischen Energiespeichers während der Überwachung zu verzeichnen ist.
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Insbesondere wird somit vorgeschlagen, anstatt den elektrischen Energiespeicher selbst mit den Fähigkeiten zur Überwachung auszustatten, eine dezidierte Komponente zu verwenden, welche an dem elektrischen Energiespeicher und beispielsweise auch an einem Kommunikationsanschluss, beispielsweise einem CAN-Anschluss, angeschlossen wird und mit dem Speicherelement die Bordelektronik speist. Das Speicherelement kann bei ausreichender Ladung des elektrischen Energiespeichers ebenfalls aus dem elektrischen Energiespeicher nachgeladen werden. Diese Komponente, welche auch als Batterie-Gateway-Connector bezeichnet werden kann, wird während der Lagerung des elektrischen Energiespeichers oder auch des Transports des elektrischen Energiespeichers mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Die Überwachungsvorrichtung kann dann, wie entsprechende Transportbehälter, beispielsweise zykliert zwischen Werkstätten und so genannten Remanufacturing-Einrichtungen verbracht werden.
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Insbesondere hat dies den Vorteil, dass anstelle des elektrischen Energiespeichers für die Phasen der Logistik und Reparatur funktional aufzurüsten und damit die Kosten für jeden einzelnen elektrischen Energiespeicher zu realisieren, werden über eine dezidierte Komponente, insbesondere die Überwachungsvorrichtung, dieselben Funktionen beziehungsweise Vorteile, wie beispielsweise Logging von Daten während des Transports bezüglich Stöße, Bewarnung bei Tiefenentladung, Bewarnung, einfache Lagerhaltung und Ferndatenabfrage, umgesetzt zu einem Bruchteil der Kosten und insbesondere, ohne dabei den elektrischen Energiespeicher weiter zu belasten.
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Ferner kann auch das Versorgen des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise von einem Batteriemanagementsystem (BMS) des elektrischen Energiespeichers mit beispielsweise 12V ist eines der zentralen Elemente der beschriebenen Überwachungsvorrichtung. Viele Überwachungsfunktionen und Sensorik befinden sich bereits in dem elektrischen Energiespeicher. Diese können jedoch nur aktiv werden, wenn das BMS mit 12V versorgt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Überwachungsvorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit einer übergeordneten elektrischen Recheneinrichtung auf.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Überwachungsvorrichtung einen Stromsensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Spannungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor aufweist.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines als Hochvolt-Energiespeicher ausgebildeten elektrischen Energiespeichers ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das elektrische Speicherelement als Niedervoltspeicher ausgebildet.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Überwachungssystem mit zumindest einer Überwachungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt sowie mit einer übergeordneten elektronischen Recheneinrichtung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Überwachungsvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Überwachungssystems anzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform einer Überwachungsvorrichtung; und
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Überwachung eines elektrischen Energiespeichers.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform einer Überwachungsvorrichtung 10. Die Überwachungsvorrichtung 10 ist zum Überwachen eines Batteriezustands eines elektrischen Energiespeichers 12 ausgebildet. Der elektrische Energiespeicher 12 ist insbesondere als Hochvolt-Energiespeicher ausgebildet. Die Überwachungsvorrichtung 10 weist zumindest ein Verbindungselement 14 zum zerstörungsfreien Anschließen und Abschließen der Überwachungsvorrichtung 10 von dem elektrischen Energiespeicher 12 auf. Ferner weist die Überwachungsvorrichtung 10 eine elektronische Recheneinrichtung 16 auf. Die elektronische Recheneinrichtung 16 ist im angeschlossen Zustand der Überwachungsvorrichtung 10 an dem elektrischen Energiespeicher 12 zum Auswerten von empfangenen Signalen des elektrischen Energiespeichers 12 ausgebildet.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung 10 ein elektrisches Speicherelement 18 zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, wobei das Speicherelement 18 zum Versorgen der elektronischen Recheneinrichtung 16 ausgebildet ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Überwachungsvorrichtung 10 eine Kommunikationseinrichtung 20 zur drahtlosen Kommunikation mit einer übergeordneten elektronischen Recheneinrichtung 22 aufweist. Insbesondere kann die Überwachungsvorrichtung 10 und die übergeordnete elektronische Recheneinrichtung 22 auch als Überwachungssystem 24 ausgebildet sein.
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Die Überwachungsvorrichtung 10 weist insbesondere einen Stromsensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Spannungssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drucksensor auf, welches vorliegend insbesondere als Messeinrichtung 26 bezeichnet wird. Die Messeinrichtung 26 ist vorliegend insbesondere mit einem so genannten Mess-Ethernet 28 des elektrischen Energiespeichers 12 gekoppelt. Ferner kann auch eine CAN-Verbindung 30 zwischen der elektronischen Recheneinrichtung 16 und dem elektrische Energiespeicher 12 realisiert werden. Die ist besonders vorteilhaft, denn die einzelnen Zellspannungen und Temperaturen im Batteriegehäuse selbst, werden von einem Batteriemanagementsystem (BMS) des elektrischen Energiespeichers 12 ermittelt. So kann zum Beispiel die Selbstentladung von Zellen oder gar die drohende Tiefenentladung einer Zelle nur dadurch detektiert werden, dass das die äußere Überwachungseinrichtung das BMS als interne Überwachungseinrichtung abfragt. Dazu wird, das BMS von der äußeren Einrichtung geweckt werden. Da das BMS selbst auch nicht aus der Spannung der Hochvoltbatterie versorgt wird, sondern normalerweise aus dem 12V-Bordnetz des Kraftfahrzeugs, erfolgt eine 12V Versorgung aus der äußeren Überwachungsvorrichtung 10. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass über eine Niedervolt-Versorgung 32 der elektrische Energiespeicher 12 das Speicherelement 18 nachladen kann. Des Weiteren kann die Überwachungsvorrichtung 10 sowie der elektrische Energiespeicher 12 über eine Interlock-Verbindung 34 überprüfen, ob ein korrektes Anbringen der Überwachungsvorrichtung 10 an dem elektrischen Energiespeicher 12 durchgeführt ist. Die Überwachungsvorrichtung 10 weist ferner eine Ladeschaltung 36 auf, welche wiederum mit den Hochvolt-Anschlüssen 38 des elektrischen Energiespeichers 12 gekoppelt sind.
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Insbesondere ist somit vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung 10 über eine eigene Niedervolt-Spannung aus dem Speicherelement 18 selbst versorgt wird. Es kann eine Restbus-Simulation für die Kommunikation mit dem elektrischen Energiespeicher 12 und die Bereitstellung einer drahtlosen Kommunikation an der Überwachungsvorrichtung 10 bereitgestellt werden. Ferner kann der elektrische Energiespeicher 12 in Abhängigkeit des bestimmten Systemzustands beispielsweise auch geweckt werden. Es kann hierbei auch ein zyklisches Wecken des elektrischen Energiespeichers 12 realisiert werden. Das Speicherelement 18 kann über die Niedervolt-Versorgung 32 nachgeladen werden. Insbesondere erfolgt das Wecken der Überwachungsvorrichtung 10 über den elektrischen Energiespeicher 12 bei kritischen Zuständen. Um dies ermöglichen zu können, versorgt die äußere Einrichtung, also die Überwachungsvorrichtung 10, das BMS des elektrischen Energiespeichers 12 beispielsweise mit 12V versorgen. Besitzt das BMS keine Möglichkeit bei kritischen Zuständen selbst zu wecken, kann umgekehrt auch in zyklischen Intervallen das BMS von der Überwachungsvorrichtung 10 geweckt werden, der Zustand abgefragt und wieder in den Ruhezustand versetzt werden. Es ist insbesondere eine sichere Kapselung der Hochvolt-Anschlüsse 38 zu verzeichnen.
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Eine Verbindung der elektronischen Recheneinrichtung 16 über die Kommunikationseinrichtung 20 mit der übergeordneten elektronischen Recheneinrichtung 22 erfolgt insbesondere drahtlos, beispielsweise über ein lokales Netzwerk.
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Insbesondere kann zum Schutz einer Tiefenentladung eine Zellspannungsmessung durchgeführt werden. Dies kann bei einem aktiven elektrischen Energiespeicher 12 dauerhaft durchgeführt werden, bei einem „schlafenden“ elektrischen Energiespeicher 12 kann die Überwachung von entsprechenden Systemgrenzen durchgeführt werden mit einer Möglichkeit zum Wecken des elektrischen Energiespeichers 12. Ferner kann eine Zelltemperaturmessung des elektrischen Energiespeichers 12 durchgeführt werden. Dies kann bei aktivem Betrieb des elektrischen Energiespeichers 12 dauerhaft durchgeführt werden und bei einem schlafenden elektrischen Energiespeicher 12 ebenfalls durchgeführt werden, wobei hierbei in Abhängigkeit von entsprechenden Grenzwerten eine Überwachung durchgeführt werden kann und ein entsprechendes Wecken realisiert werden kann. Ferner kann auch eine Druckmessung innerhalb des elektrischen Energiespeichers 12 durchgeführt werden, wobei dies bei aktivem elektrischen Energiespeicher 12 dauerhaft durchgeführt werden kann und bei einem schlafenden elektrischen Energiespeicher 12 ebenfalls in Abhängigkeit von Grenzwerten mit einer Möglichkeit zum Aufwachen realisiert werden kann. Ferner kann auch, insbesondere um Transportschäden überwachen zu können, eine Beschleunigungsmessung durchgeführt werden, wobei dies bei aktivem elektrischen Energiespeicher 12 dauerhaft durchgeführt werden kann und bei einem schlafenden elektrischen Energiespeicher 12 in Abhängigkeit von entsprechenden Grenzwerten durchgeführt werden kann mit der Möglichkeit zum Aufwachen des elektrischen Energiespeichers 12.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen des elektrischen Energiespeichers 12. In einem ersten Schritt S1 befindet sich die Überwachungsvorrichtung 10 in einem Normalbetrieb, insbesondere weist beispielsweise das Speicherelement 18 einen Ladezustand von größer als 20 Prozent auf. Dies kann in einem zweiten Schritt S2 entsprechend überprüft beziehungsweise überwacht werden. Sollte der Ladezustand beispielsweise unter 20 Prozent sein, so kann in einen dritten Schritt S3 übergegangen werden. Sollte die Spannung im elektrischen Energiespeicher 12 beziehungsweise die Ladung im elektrischen Energiespeicher 12 größer 15 Prozent sein, so kann im vierten Schritt S4 ein Nachladen des Speicherelements 18 erfolgen. Ausgehend vom dritten Schritt S3, sollte der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 12 kleiner als 15 Prozent sein, so kann in einem fünften Schritt S5 eine Anforderung über das Kommunikationselement 20 erfolgen, dass ein Nachladen des elektrischen Energiespeichers 12 zu erfolgen hat. In einem sechsten Schritt S6 kann dann überprüft werden, ob der Ladezustand der Überwachungsvorrichtung 10 kleiner als 5 Prozent ist. Sollte dies der Fall sein, so erfolgt ein so genannter Shutdown, also ein Herunterfahren der Überwachungsvorrichtung 10 in einem siebten Schritt S7. Sollte der Ladezustand mehr als 5 Prozent aufweisen, so wird ausgehend vom sechsten Schritt S6 in den achten Schritt S8 übergegangen, welcher die Überwachungsvorrichtung 10 in einen Niedrigenergiebetrieb versetzt. Ausgehen vom achtern Schritt S8 kann wiederum in den dritten Schritt S3 übergegangen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Überwachungsvorrichtung
- 12
- elektrischer Energiespeicher
- 14
- Verbindungselement
- 16
- elektronische Recheneinrichtung
- 18
- Speicherelement
- 20
- Kommunikationselement
- 22
- übergeordnete elektronische Recheneinrichtung
- 24
- Überwachungssystem
- 26
- Messverbindung
- 28
- Mess-Ethernet
- 30
- CAN-Verbindung
- 32
- Niedervolt-Versorgung
- 34
- Interlock
- 36
- Ladeschaltung
- 38
- HV-Anschlüsse
- S1 bis S8
- Schritte des Verfahrens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018005638 U1 [0004]
