DE102022200643A1

DE102022200643A1 - Vorrichtung zur Überwachung von Einzelzellspannungen

Info

Publication number: DE102022200643A1
Application number: DE102022200643.7A
Authority: DE
Inventors: Ingo Oliver Niemeyer; Martin Winker; Kazuhisa Suzuki; Yasuhiro Miyamoto; Yusuke Kanazawa
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Einzelzellspannungen eines Stapels von elektrochemischen Einzelzellen, mit mehreren jeweils einige der Einzelzellen kontaktierenden Erfassungsmodulen, welche zumindest Kontaktelemente und einen integrierten Schaltkreis zur Digitalisierung der erfassten Messwerte aufweisen, und mit wenigstens einem Auswertungsmodul zur Auswertung der von mehreren der Erfassungsmodule erfassten und an das Auswertungsmodul übermittelten Messwerte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsmodul vorgesehen ist, über welches wenigstens zwei der Erfassungsmodule mit dem Stapel mechanisch verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Adressieren der Erfassungsmodule in einer Variante einer solchen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Einzelzellspannungen eines Stapels von elektrochemischen Einzelzellen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatisierten Adressierung von Erfassungsmodulen in einer solchen Vorrichtung.
Elektrochemische Einrichtungen wie beispielsweise Brennstoffzellen, Batterien oder auch Elektrolyseure sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Ein typischer Aufbau bei derartigen Einrichtungen besteht aus einer Kombination von mehreren Einzelzellen, welche zu einem Zellstapel oder Zellblock aufgestapelt werden. Insbesondere bei Brennstoffzellen ist dieser Aufbau allgemein bekannt und üblich und wird häufig auch mit dem englischen Begriff „Stack“ bezeichnet, welcher soweit in die deutsche Sprache eingegangen ist, dass auch der Fachbegriff des Brennstoffzellenstacks häufig genutzt wird. Bei einem solchen Brennstoffzellenstack beispielsweise in PEM-Bauweise, also mit Membranen als Elektrolyt zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite, werden zum Zwecke der Überwachung der Einzelzellen deren Spannungen ausgewertet. Dieser Aufbau wird auch als Einzelzellspannungsüberwachung bezeichnet oder mit dem englischen Begriff „Cell Voltage Monitoring“, von welchem die auch im deutschen Sprachraum gebräuchliche Abkürzung CVM herrührt.
Der typische Aufbau einer solchen CVM ist nun der, dass die Vielzahl der Zellen in dem Stapel einzeln angeschlossen und verkabelt wird, sodass ein erheblicher Verkabelungsaufwand entsteht, da typische Brennstoffzellenstapel, wie sie beispielsweise zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, eine Anzahl von typischerweise 300 bis 400 Einzelzellen umfassen. Alternativ zu einer einzelnen Verkabelung können auch gedruckte Schaltungen eingesetzt werden, welche sich entlang des Brennstoffzellenstapels erstrecken. Auch hier ist ein erheblicher Aufwand hinsichtlich der Kontaktierung der einzelnen Zellen erforderlich. Darüber hinaus ist es so, dass bei einer Anpassung der elektrischen Leistung des Brennstoffzellenstacks, welche typischerweise mit einer Anpassung der Anzahl an Einzelzellen einhergeht, der gesamte Aufbau jeweils neu geplant und konstruiert werden muss, was ebenfalls einen erheblichen Aufwand darstellt.
Aus der nicht vorveröffentlichten japanischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen JP 2021-110279 ist deshalb ein Aufbau bekannt, bei welchem einzelne Stecker als eine Art Erfassungsmodul für die Spannungswerte mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden werden, von welchen die erfassten Messwerte dann an ein zentrales Auswertungsmodul oder einige wenige zentrale Auswertungsmodule weitergegeben werden können.
Der darin beschriebene Stecker ist so konzipiert, dass er zusätzlich zur elektrischen Kontaktierung über eine Möglichkeit verfügt, sich selbst an dem Brennstoffzellenstapel festzuhalten. Dies macht den mechanischen Aufbau des Steckers sehr komplex und erfordert einen Brennstoffzellenstack, welcher über eine in Stapelrichtung durchlaufende Nut verfügt, in welcher der Stecker sich mechanisch verklammern kann.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diesen Aufbau noch weiter zu verbessern und eine einfache und effiziente Skalierbarkeit einer Vorrichtung zur Überwachung der Spannung der Einzelzellen in einem Stapel von elektrochemischen Zellen zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich dabei auch aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 24 ist ferner ein Verfahren angegeben, um derartige Erfassungsmodule im Bereich eines Stapels von elektrochemischen Einzelzellen gemäß einer der zu beschreibenden Ausführungsformen automatisiert zu adressieren. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den von diesem Anspruch abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Überwachung der Einzelzellspannung eines Stapels von elektrochemischen Zellen mit mehreren jeweils einige der Einzelzellen kontaktierenden Erfassungsmodulen, welche zumindest Kontaktelemente und einen integrierten Schaltkreis zur Digitalisierung der erfassten Messwerte aufweisen. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens ein Auswertungsmodul zur Auswertung der von den mehreren Erfassungsmodulen erfassten und an das Auswertungsmodul übermittelten Messwerte. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass ein Verbindungsmodul eingesetzt wird, über welches wenigstens zwei, vorzugsweise alle, der Erfassungsmodule mit dem Stapel mechanisch verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt also mehrere Erfassungsmodule für einen Stapel von Einzelzellen. Jedes der Erfassungsmodule kann dabei eine vorgegebene Zahl von Einzelzellen entsprechend kontaktieren und deren Spannungswerte erfassen. Die Zahl der von jedem der Erfassungsmodule überwachten Einzelzellen kann dabei vorzugsweise in einer Größenordnung von beispielsweise 32 oder bevorzugt 16 Einzelzellen liegen. Je nach Größe der zu überwachenden Stapel sind jedoch auch kleinere oder größere Module selbstverständlich denkbar. Wird nun beispielsweise ein Brennstoffzellenstack mit einer Anzahl von 400 Einzelzellen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung überwacht, dann wären für diesen einzelnen Stapel beispielsweise 25 Module zur Überwachung von jeweils 16 Einzelzellen notwendig. Wird der Stapel nun in seiner elektrischen Spannung verändert, indem beispielsweise die Zahl auf 380 Zellen reduziert werden würde, müssten lediglich zwei der Module weggelassen werden, wobei einige der Kontakte des 23. Moduls am Ende des Stapels keine Zellen mehr kontaktieren, was jedoch problemlos möglich ist.
Die Aufteilung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die Erfassungsmodule einerseits und in die zentralen Auswertungsmodule andererseits erlaubt also eine einfache Skalierbarkeit der Anzahl an Einzelzellen, ohne dass deswegen die CVM stark verändert oder aufwändig angepasst werden muss. Jedes der Kontaktmodule selbst kann dabei sehr einfach aufgebaut sein. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es über das Verbindungsmodul an dem Stapel fixiert und mechanisch mit dem Stapel verbunden. Das Verbindungmodul ist also das einzige Bauteil, welches entsprechend der aktuellen Länge des Brennstoffzellenstapels aktiv angepasst werden muss. Es kann jedoch ein vergleichsweises einfaches Bauteil sein, welches beispielsweise aus einem im Querschnitt quer zur Stapelrichtung U-förmig oder L-förmig gebogenen Blechstreifen besteht, welcher beispielsweise mit den Endplatten des Stapels verschraubt wird und dazwischen entlang der Stapelrichtung die einzelnen Erfassungsmodule so gegen den Stapel presst, dass deren Kontaktbereiche die korrespondierenden Kontaktflächen der Einzelzellen berühren.
Die Befestigung am Stapel kann dabei wie bereits erwähnt durch ein Verschrauben erfolgen, wobei selbstverständlich auch andere Möglichkeiten denkbar sind, beispielsweise ein Einhaken im Bereich einer der Endplatten mit einem nachfolgenden Anklappen des Verbindungsmoduls, welches dann im Bereich der anderen Endplatte mit dieser verschraubt, verclippt oder über einen Spannhebel gesichert wird. Auch andere Möglichkeiten zur Umsetzung, beispielsweise ein Verklippen mit ohnehin vorhandenen Zugankern zur mechanischen Stabilisierung des Stapels oder dergleichen, wären denkbar.
Neben der bereits erwähnten prinzipiell denkbaren Ausführung des Verbindungsmoduls als einfaches Blechteil kann dieses insbesondere auch als Spritzgussteil, also auch einem Kunststoffmaterial, ausgebildet werden. Wenn nötig kann das Kunststoffmaterial durch entsprechende Fasern verstärkt werden, um so eine ausreichende mechanische Festigkeit auch bei einem vergleichsweise langen Brennstoffzellenstapel und einer ausschließlich im Bereich der Endplatten erfolgenden Befestigung zu gewährleisten. Auch ein extrudiertes Profil aus Kunststoff oder zum Beispiel aus Aluminium, welches einfach auf die vorgegebene Stapellänge abgelängt werden kann, ist hier denkbar.
Das Verbindungsmodul selbst kann dabei lediglich zur mechanischen Verbindung der einzelnen Erfassungsmodule mit dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen werden. In diesem Fall könnten die Erfassungsmodule beispielsweise über eine in das jeweilige Erfassungsmodul integrierte Kommunikationseinrichtung, beispielsweise einen dafür geeigneten integrierten Schaltkreis beziehungsweise Chip, eine drahtlose Verbindung zu dem Auswertungsmodul aufbauen. Dafür sind verschiedene gängige Techniken denkbar und können entsprechend eingesetzt werden.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei insbesondere auch vorsehen, dass das Auswertungsmodul in eines der Erfassungsmodule integriert ausgeführt ist. Das Auswertungsmodul kann beispielsweise in das in der Reihe erste oder auch letzte Erfassungsmodul integriert sein, um so zusätzlich Bauraum und Aufwand bezüglich der Hardware einzusparen, sodass es nun ausreicht, dieses mit dem Auswertungsmodul integrierte Erfassungsmodul mit wenigstens einem weiteren Erfassungsmodul über das Verbindungsmodul zu verbinden, um die oben genannten Vorteile zu erzielen.
Besonders einfach und effizient kann es gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein, wenn das Verbindungsmodul elektrische Leitungen aufweist, welche über Steckkontakte und/oder kabellos, beispielsweise über Induktion, mit den Erfassungsmodulen und/oder den Auswertungsmodulen verbunden sind. Das Verbindungsmodul kann also außerordentlich einfach mit elektrischen Leitungselementen entlang des Brennstoffzellenstapels ausgerüstet werden. Über einfache Steckkontakte oder auch über Induktion, einen Optokoppler oder dergleichen als drahtlose Daten- und Energiequelle beziehungsweise Übertragungsweg können diese elektrischen Leitungen dann beispielsweise mit den Erfassungsmodulen und dem wenigstens einen Auswertungsmodul oder auch nur mit den Erfassungsmodulen und dann kabellos mit dem wenigstens einen Auswertungsmodul, beispielsweise über eine Funkstrecke, verbunden werden.
Wie oben bereits angedeutet können die Erfassungsmodule dabei Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung von bis zu 32, oder bevorzugt 16, Einzelzellen aufweisen. Dieser Anteil von bevorzugt 16 Einzelzellen, welche kontaktiert werden können, aber beispielsweise im Falle eines randseitig am Stapel sitzenden Moduls nicht kontaktiert werden müssen, haben sich dabei als sehr gute Größenordnung herausgestellt, um einerseits eine hohe Flexibilität beim Einsatz der Erfassungsmodule aufzuweisen, und um andererseits diese einerseits hinsichtlich der Kosten und der erforderlichen elektronischen Bauteile auf den Erfassungsmodulen in einem optimalen Zustand zu halten.
Der Stapel selbst kann dabei wie eingangs bereits erwähnt verschiedene elektrochemische Einzelzellen aufweisen, es kann sich also um einen Elektrolyseur oder eine Batterie oder auch eine Brennstoffzelle handeln. Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll der Stapel dabei als Brennstoffzellenstapel ausgebildet sein, da insbesondere hier eine einfache und effiziente Ausgestaltung einer Einzelzellspannungsüberwachung von besonderem Vorteil und besonderem Interesse ist.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei vorsehen, dass die Kontaktbereiche der Einzelzellen als Vertiefung in den Stirnseiten von metallischen Bipolarplatten dieses Brennstoffzellenstapels ausgebildet sind. Die Kontaktelemente der einzelnen Erfassungsmodule lassen sich so einfach und effizient in die entsprechende Position pressen ohne das die Gefahr eines seitlichen Ausweichens besteht, welches zu einem Kurzschluss oder einer Fehlkontaktierung führen könnte, welche durch die Ausgestaltung der Kontaktbereiche als Vertiefungen innerhalb der Stirnseiten der Bipolarplatten quasi ausgeschlossen werden kann.
Die Erfassungsmodule können dabei wenigstens einen integrierten Schaltkreis aufweisen, welcher gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung einen Analog/Digital-Wandler, einen Mikrocontroller, einen DC/DC-Wandler und/oder einen Trennkoppler aufweisen kann. Zumindest der Analog/Digital-Wandler ist hier sinnvoll, um die erfassten Spannungswerte der Einzelzellspannungsüberwachung entsprechend zu digitalisieren, um diese dann effizient von den einzelnen Kontaktmodulen an das Auswertungsmodul weitergeben zu können. Weitere Bauteile wie beispielsweise ein Mikrocontroller und ein DC/DC-Wandler sind nicht zwingend notwendig, können jedoch von Vorteil sein, um die Funktionalität der einzelnen Erfassungsmodule entsprechend zu erweitern. Über einen optionalen, aber sehr vorteilhaften Trennkoppler lässt sich dann, vergleichbar wie beim DC/DC-Wandler auf der Leistungsseite, ein galvanisches Entkoppeln der internen Datenleitungen des Erfassungsmoduls und damit der überwachten Einzelzellen einerseits und der Auswerteelektronik andererseits gewährleisten, um so unerwünschte Spannungsdurchschläge zuverlässig zu verhindern.
Auch wenn prinzipiell eine Anbindung der einzelnen Erfassungsmodule an das Verbindungsmodul über Induktion oder andere drahtlose Verfahren denkbar ist, so hat es sich doch als besonders einfach und effizient erwiesen, wenn jedes der Erfassungsmodule einen Stecker aufweist, welcher beim Anbau des Verbindungsmoduls einfach mit einem korrespondierenden Stecker oder korrespondierenden Steckerkontakten des Verbindungsmoduls zusammenwirkt, um so außerordentlich einfach, effizient und zuverlässig die elektrische Kontaktierung der verbauten Erfassungsmodule mit den Leitungen des Verbindungsmoduls zu erreichen.
Eine sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es nun ferner vorsehen, dass die Kontaktelemente des Erfassungsmoduls mit exponierten Segmenten des Verbindungsmoduls zusammenwirken, indem die Kontaktelemente korrespondierende Aufnehmungen für die exponierten Segmente aufweisen. Die Kontaktelemente können dabei vorzugsweise geschlitzt ausgebildet sein, sodass diese sich beim Einbringen der exponierten Segmente in die korrespondierenden Ausnehmungen der Kontaktelemente zumindest abschnittsweise aufweiten. Die Einzelzellen weisen bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann Vertiefungen zur Aufnahme der Kontaktelemente auf, welche als Kontaktbereiche der Einzelzellen ausgebildet sind. Mit dem Einbringen der exponierten Segmente in die korrespondierenden Ausnehmungen der Kontaktelemente weiten sich diese dann auf und legen sich zumindest abschnittsweise form- und/oder reibschlüssig an das Material der Vertiefungen an. Sie schaffen somit eine stabile mechanische Verbindung zwischen dem Erfassungsmodul und der Einzelzelle einerseits und vorzugsweise zwischen dem Verbindungsmodul und der Einzelzelle, hier mittelbar über das Erfassungsmodul, andererseits.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei ferner vorsehen, dass die exponierten Segmente gleichzeitig als Steckkontakte des Verbindungsmoduls ausgebildet sind, sodass neben der mechanischen Fixierung des Verbindungsmoduls auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungsmodul bzw. den in dem Verbindungsmodul befindlichen elektrischen Leitungen und den Kontaktbereichen der Einzelzellen geschaffen wird.
Zur Verschaltung der einzelnen Erfassungsmodule, welche über ein Verbindungsmodul mit dem Stapel der elektrochemischen Zellen verbunden und gemäß der beschriebenen Ausführungsform auch elektrisch kontaktiert werden können, bieten sich nun verschiedene Möglichkeiten an. Eine der Möglichkeiten ist gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verbindung in Reihe nacheinander. Die Erfassungsmodule sind über das Verbindungsmodul also in Reihe nacheinander verbunden. Diese Art der Verbindung wird auch als Daisy-Chain bezeichnet. Eine solche Daisy-Chain ist ein entsprechender einfacher Aufbau zur Verbindung der einzelnen Elemente und schleift quasi die Daten der jeweils benachbarten Erfassungsmodule durch alle anderen nachfolgenden Erfassungsmodule hindurch, bis das letzte Erfassungsmodul mit dem Auswertungsmodul verbunden ist. Der typischerweise bei einer solchen Daisy-Chain auftretende Nachteil besteht darin, dass ein defektes Erfassungsmodul diese Reihe unterbricht und damit gegebenenfalls Teile des Stapels nicht mehr hinsichtlich der Einzelspannungen überwacht werden können. Diesem Problem ließe sich bis zu einem gewissen Grad Abhilfe leisten, indem die Verbindung so aufgebaut wird, dass sowohl das erste als auch das letzte Erfassungsmodul mit dem Auswertungsmodul verbunden sind. Die Daisy-Chain wird als zu einer ringförmigen Kopplung geschlossen. Dann ließen sich über diesen Ring alle Erfassungsmodule bis zum defekten Erfassungsmodul in der einen Richtung und in der anderen Richtung auswerten, sodass lediglich das defekte Erfassungsmodul beziehungsweise die mit ihm kontaktierten Einzelzellen nicht mehr überwacht und ausgewertet werden können. Kommt es zu zwei Defekten innerhalb der Erfassungsmodule, dann wären jedoch alle zwischen diesen beiden defekten Erfassungsmodulen liegenden Erfassungsmodule nicht mehr zugängig.
Der typische Aufbau bei einer solchen Daisy-Chain umfasst die Weitergabe sowohl der Daten als auch der Spannungsversorgung in Reihe. Eine besonders günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es nun vorsehen, dass die Erfassungsmodule über das Verbindungsmodul mit einer durchlaufenden Spannungsversorgung versehen werden. Eine solche durchlaufende Spannungsversorgung kann beispielsweise ergänzend zu einer Daisy-Chain-Verbindung der entsprechenden Datenleitungen vorgesehen werden oder könnte auch ausschließlich die Verbindung gewährleisten. In diesem Fall würde eine Kommunikation über die Spannungsversorgung, also die Masseleitung und die Potenzialleitung erfolgen. Für diese Ausführungsvariante wäre dann auf den Erfassungsmodulen ein PS15-Baustein vorgesehen, welcher zur Kommunikation über die Spannungsversorgung geeignet ist, und hier die entsprechenden Daten übertragen kann. Der einzige Nachteil dieses Aufbaus besteht darin, dass die Datenrate entsprechend beschränkt ist, da über eine solche PS15-Kommunikation lediglich 189 kBit/s übertragen werden können.
Gemäß einer außerordentlichen günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufbaus kann es daher vorgesehen sein, dass die Erfassungsmodule über das Verbindungsmodul über einen parallelen Bus miteinander verbunden sind. Dafür kann beispielsweise CAN-Bus-Hardware zum Einsatz kommen. Der Einsatz dieser, insbesondere im Fahrzeugbereich gängigen Hardware, baut dann den parallelen Bus auf, welcher durchlaufende Datenleitungen mit einer durchlaufenden Spannungsversorgung kombiniert, wobei die dann üblicherweise vorhandenen vier Leitungen allesamt mit dem jeweiligen Erfassungsmodul verbunden sind, sodass die einzelnen Erfassungsmodule über einen parallelen Bus mit dem Auswertungsmodul kommunizieren.
Sowohl der parallele Bus, vorzugsweise mit CAN-Bus-Hardware, als auch die Kommunikation über PSI5, was letztlich auch einen parallelen Bus darstellt, ermöglichen dabei die Kommunikation jedes einzelnen Erfassungsmoduls mit dem wenigstens einen Auswertemodul. Wenn eines der Erfassungsmodule defekt ist, hat dies auf die Kommunikation der anderen keine Auswirkung. Die Nachteile der Verschaltung in Form einer Daisy-Chain werden also komplett vermieden.
Um nun im Bereich des Auswertungsmoduls ermitteln zu können, welche der Einzelzellen hinsichtlich der Einzelspannung Probleme verursacht, ist es entscheidend zu wissen, welches der Erfassungsmodule die gegebenenfalls kritischen Daten bereitgestellt hat. Dafür ist es entscheidend die Adresse des Erfassungsmoduls zu kennen. Dies erfordert eine Initialisierung aller verbauten Erfassungsmodule bei der Inbetriebnahme, wozu Adressleitungen vorgesehen werden können, welche die Erfassungsmodule untereinander verbinden, um so eine entsprechende Adressierung der Erfassungsmodule zu bewerkstelligen. Vorzugsweise kann es nun vorgesehen sein, dass diese Adressleitungen Teil des oben bereits angesprochenen Steckers sind, sodass diese beim elektrischen Verbinden des Verbindungsmoduls mit den Erfassungsmodulen automatisch kontaktiert werden.
Es kann jedoch gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung auch vorgesehen sein, dass die Stecker ausschließlich die Spannungsversorgung realisieren, also ausschließlich Kontakte zur Spannungsversorgung aufweisen. Dies ist insbesondere beim Einsatz einer Kommunikation über PSI5 ausreichend. Alternativ dazu kann beispielsweise bei der Kommunikation über CAN-Hardware der Stecker Kontakte zur Spannungsversorgung und für zwei Datenleitungen aufweisen. In beiden Fällen müssen die Stecker keine Adressleitungen aufweisen, sie könnten dies aber tun, wenn eine Adressierung über derartige Adressleitungen gewünscht ist.
Gemäß einer weiteren außerordentlich günstigen Ausgestaltung der Erfindung kann auf diese Adressleitungen im Bereich der Stecker und des Verbindungsmoduls jedoch bewusst verzichtet werden. Dafür sind die Erfassungsmodule dann im Bereich der Kontaktelemente so ausgebildet, dass die jeweils die äußeren Kontaktelemente des jeweiligen Erfassungsmoduls einen der Kontaktbereiche der Einzelzelle kontaktieren, welcher auch von dem äußeren Kontaktelement des benachbarten Erfassungsmoduls kontaktiert ist. Diese Verbindung dient als Referenzsignal für die Spannungsmessung der ersten Zelle des eigenen Erfassungsmoduls. Dieser Aufbau kann nun zusätzlich genutzt werden, indem diese Verbindung in dem Erfassungsmodul mit einem Hoch- oder Bandpassfilter verbunden oder über einen Multiplexer verbindbar ist.
Eine sehr einfache Lösung könnte hierbei einen Hochpassfilter aus einer Reihenschaltung eines Kondensators oder auch einer Spule und eines ohmschen Widerstands vorsehen. Die Verwendung eines Kondensators anstelle der Spule wäre dabei aus Kostengründen und aufgrund der besseren elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vorzuziehen.
Durch einen Kondensator und einen Widerstand als RC-Glied, also einen Hochpassfilter, werden dann Gleichstromsignale geblockt und Wechselstromsignale können nur mit höherer Frequenz als derjenigen, welche sich durch die Auslegung der Kapazität und des Widerstands ergibt, passieren.
Über dieses RC-Glied wird nun eine Verbindung zum Masseanschluss, beispielsweise des Steckers des Erfassungsmoduls, geschaffen. Zwischen dem Kondensator und dem ohmschen Widerstand lässt sich dann ein entsprechendes Signal abgreifen, welches gemäß einem später noch näher beschriebenen Verfahren für eine automatische Adressierung der Erfassungsmodule verwendet werden kann, sodass deren grundsätzlicher Aufbau bezüglich der elektrischen Kontaktierung, beispielsweise bei einer PSI5-Kommunikation, auf einen Anschluss an Masse und Potenzial, also zwei Leitungen innerhalb des Verbindungsmoduls mit einem jeweils zweipoligen Stecker reduziert werden kann.
Wie bereits erwähnt lässt sich nun bei der Ausgestaltung des Aufbaus mit dem RC-Glied ein sehr einfaches Verfahren zum automatischen Adressieren der Erfassungsmodule in einer Vorrichtung dieser Art realisieren. Das Verfahren ist im Detail durch die Merkmale des Anspruchs 24 beschrieben. Es sieht vor, dass ein Signal zwischen dem Kondensator und dem ohmschen Widerstand abgegriffen wird, wobei bei der Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme der Vorrichtung jedes Erfassungsmodul ein Signal seines vorhergehenden Erfassungsmoduls über die über den Kontaktbereich der Einzelzelle verbundenen randseitigen Kontaktelemente ausliest, wenn ein solches vorhanden ist, und das Signal an das nachfolgende Erfassungsmodul weitergibt, sofern dieses vorhanden ist. Dabei ist es so, dass das Erfassungsmodul ohne vorgehendes Erfassungsmodul eine Identifikation von 1 generiert und dieses an das nachfolgende Erfassungsmodul weitergibt, welches für sich eine um 1 erhöhte Identifikation generiert und diese weitergibt und so fort. Hierdurch ist eine automatische Adressierung aller eingesetzten Erfassungsmodule beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme, also der ersten Versorgung mit Spannung, möglich, ebenso wie nach einem Reset oder dergleichen.
Alternativ dazu ist es bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante, bei welcher das Auswertemodul in das Erfassungsmodul integriert ist und damit eigene Messfähigkeiten aufweist, prinzipiell auch denkbar, die Erfassungsmodule zu vereinfachen und nur einen Hochpassfilter für die Kommunikation mit dem nächsten Nachbarn vorzusehen. Die Multiplexer sind dann so auszulegen, dass sie auf die jeweils verschiedenen Verbindungen innerhalb des jeweils selben Erfassungsmoduls umgeschaltet werden können. Das mit dem Erfassungsmodul integrierte Auswertemodul ist dann automatisch das Modul mit der Adresse 1 in der Reihe, wobei hier angenommen wird, dass es das oberste oder unterste Modul, also jeweils eines der Module am äußeren Ende des Stapels, darstellt. Alle anderen Erfassungsmodule schalten die Multiplexer dann auf die Verbindung mit dem RC-Glied und lauschen auf ein Signal. Nachdem ein Erfassungsmodul vom jeweils vorherigen Modul ein Signal empfangen hat, schaltet der Multiplexer dieses Modul auf die andere Verbindung um und führt die Identifikation fort. Die einzelnen Erfassungsmodule können so nacheinander identifiziert werden.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es dabei vorgesehen sein, dass die Erfassungsmodule ankommende Signale durch eine Rückmeldung an das sendende Erfassungsmodul bestätigen. So weiß das jeweils vorhergehende Erfassungsmodul, das die von ihm übermittelte Nachricht zuverlässig angekommen ist. Ist sie dies nicht, dann ist bei einem hinsichtlich der Hardware korrekt angenommenen Aufbau das entsprechende Erfassungsmodul, welches keine Rückmeldung erhält, das letzte Erfassungsmodul.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es dann vorgesehen sein, wenn ein Erfassungsmodul für eine vorgegebene Zeitspanne keine Rückmeldung auf sein Signal erhält, dieses ein Abschlusssignal für die Adressierung erzeugt und an das Auswertungsmodul weitergibt. Damit ist bekannt, dass die automatische Adressierung entsprechend abgeschlossen ist und der Vorgang der Adressierung als erledigt angesehen werden kann. Im Nachgang kann über das Auswertungsmodul dann der reguläre Betrieb mit einer entsprechenden Auswertung der Daten, welche von den Erfassungsmodulen erfasst und an das Auswertungsmodul geliefert werden, vorgenommen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einem Brennstoffzellenstapel;
2 eine zweite mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine dritte mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Brennstoffzellenstapel;
5 eine prinzipielle Möglichkeit zur Verbindung der Kontaktelemente eines Erfassungsmoduls und des Verbindungsmoduls mit einer Einzelzelle;
6 eine erste mögliche Ausführungsform eines Erfassungsmoduls und seiner Verschaltung;
7 eine erste Möglichkeit zur Verschaltung der Erfassungsmodule;
8 eine zweite Möglichkeit zur Verschaltung der Erfassungsmodule;
9 eine dritte Möglichkeit zur Verschaltung der Erfassungsmodule;
10 eine vierte Möglichkeit zur Verschaltung der Erfassungsmodule;
11 eine mögliche Ausführungsform von alternativen Erfassungsmodulen mit der Möglichkeit der einfachen automatischen Adressierung; und
12 ein alternativer Aufbau eines der Erfassungsmodule gemäß 11.

In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellenstack 1 als nicht einschränkendes Beispiel für einen Stapel von elektrochemischen Einzelzellen 2 schematisch dargestellt. Die Einzelzellen 2, von welchen nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind, sind dabei in an sich bekannter Weise in Stapelrichtung S aufgestapelt. Im speziellen Fall eines Brennstoffzellenstacks 1 bestehen die Einzelzellen typischerweise aus zwei Bipolarplatten 41 (vgl. 5), welche Strömungsfelder für die Medien an ihren gegenüberliegenden Seiten und häufig ein Strömungsfeld für ein Kühlmedium im Inneren aufweisen. Zwischen zwei dieser Bipolarplatten 41 ist dann die sogenannte MEA angeordnet. Dabei handelt es sich um eine Membranelektrodenanordnung, welche die Anode und die Kathode und dazwischen eine Membran als Elektrolyt für die Brennstoffzelle aufweist. Diese Schichten werden zwischen den Bipolarplatten 41 und den Elektroden typischerweise durch sogenannte Gasdiffusionslagen ergänzt, durch welche die zugeführten Gase, typischerweise Wasserstoff und Sauerstoff beziehungsweise Wasserstoff und Luft, gleichmäßig zu den Elektroden gelangen können. Gleichzeitig sind diese Gasdiffusionslagen (GDL) elektrisch leitend und verbinden die jeweiligen Bipolarplatten 41 mit den Elektroden. Die eine Oberfläche der Bipolarplatte 41 bildet dabei eine Anodenseite aus, die andere eine Kathodenseite, sodass durch ein abwechselndes Aufeinanderstapeln der Bipolarplatten 41 in gleicher Orientierung der Brennstoffzellenstack 1 aufgestapelt und die Einzelzellen 2 elektrisch in Reihe verschaltet werden.
Brennstoffzellenstacks 1 in einer solchen PEM-Technologie werden beispielsweise für den Antrieb von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Sie liegen dabei bezüglich ihres Aufbaus in einer Größenordnung von meist 300 bis 400 Einzelzellen, können jedoch auch kleiner oder größer dimensioniert werden, je nach geforderter elektrischer Leistung.
Ein entscheidender Punkt für den sicheren und zuverlässigen Betrieb und eine gute Performance des Brennstoffzellenstacks 1 ist es dabei, die Spannung der Einzelzellen 2 zu überwachen. Diese Spannung kann bei einzelnen Einzelzellen 2 einbrechen, beispielsweise wenn im Bereich der zugeführten Edukte oder abgeführten Produkte Wasser auskondensiert und einzelne Kanäle innerhalb der Bipolarplatte 41 beziehungsweise ihrer Strömungsfelder blockiert. Dann kann es punktuell zu einer Unterversorgung der Einzelzelle 2 kommen. Im schlimmsten Fall ist die gesamte Einzelzelle mit einem der Edukte, beispielsweise Wasserstoff oder Luft, unterversorgt, sodass diese nicht die typische Spannung liefern kann. Dies stellt eine kritische Situation dar, welche zumindest erkannt werden sollte, um ihr gegebenenfalls entgegenwirken zu können.
Typischerweise sind dafür sogenannte Einzelzellspannungsüberwachungen vorgesehen. Diese auch als CVM bezeichneten Einrichtungen dienen zur Überwachung der Einzelzellspannungen aller der Einzelzellen 2 des Brennstoffzellenstacks 1. Sie müssen dementsprechend bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik aufwändig verkabelt und entsprechend der Größe des Brennstoffzellenstacks 1 skaliert werden. Dies ist außerordentlich aufwändig und für einen Großserieneinsatz mit erheblichem Konstruktionsaufwand, Kostenaufwand und Bauraumbedarf verbunden.
Aus diesem Grund ist hier eine Vorrichtung 3 zur Überwachung der Einzelzellspannung vorgeschlagen, welche sehr einfach montierbar und bezüglich der Größe des Brennstoffzellenstacks 1 in Stapelrichtung S skalierbar ist. Diese Vorrichtung 3 weist also einen skalierbaren Aufbau auf. Den Kern bildet dabei ein Auswertungsmodul 4, welches die zentrale Auswertung der Messwerte übernimmt. Die Messwerte selbst werden von mehreren Erfassungsmodulen 5 aufgenommen, von welchen hier nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Diese identisch aufgeführten Erfassungsmodule 5 können beispielsweise zur Erfassung der Einzelzellspannung von jeweils 16 Einzelzellen 2 ausgebildet sein. Eine entsprechende Anzahl der Erfassungsmodule 5 kann dann je nach verbauter Anzahl von Einzelzellen 2 in dem Brennstoffzellenstack 1 eingesetzt werden, um eine an diesem Brennstoffzellenstack 1 angepasste Vorrichtung 3 aufzubauen. Ist dabei die Anzahl der Einzelzellen nicht durch die beispielsweise vorgegebenen Anzahl von 16 Einzelzellen 2, welche je Erfassungsmodul 5 überwacht werden können, ohne Rest teilbar, dann können auch einige Kontaktelemente 6 der Erfassungsmodule 5 beziehungsweise des ersten oder letzten Erfassungsmoduls 5 in der Reihe unverwendet bleiben.
Jedes der Erfassungsmodule 5 weist dabei die Kontaktelemente 6 auf, welche mit den Bipolarplatten 41 der Einzelzellen 2 kontaktiert werden. Vorzugsweise sind dabei in den Bipolarplatten 41 Vertiefungen 40 (vgl. 5) angeordnet, in welche die Kontaktelemente 6 hineingedrückt werden können, um die Bipolarplatten 41 zuverlässig zu kontaktieren und die an ihnen anstehenden Spannungspotenziale zuverlässig abzugreifen. Die Kontaktelemente 6 sind dabei lediglich beim oberen der in 1 dargestellten Erfassungsmodule 5 mit Bezugszeichen versehen.
Ferner ist es so, dass jedes der Erfassungsmodule 5 über einen integrierten Schaltkreis 7 verfügt, welcher zumindest eine Digitalisierung der erfassten Messwerte vornimmt. In der Darstellung der 1 verfügt jedes der Erfassungsmodule 5 außerdem über einen Kommunikationsbaustein 8 zur drahtlosen Kommunikation. Über diesen Kommunikationsbaustein 8 werden die Daten von den Erfassungsmodulen 5 an das Auswertungsmodul 3 übermittelt, welches seinerseits einen hier mit 9 bezeichneten Kommunikationsbaustein aufweist. Diese können zum Beispiel RX/TX-Chips umfassen. Die Daten gelangen dann zu einer Auswerteelektronik 10, welche sie bei Bedarf über einen Busanschluss 11 an einen Fahrzeugbus, beispielsweise einen CAN-Bus, weitergeben kann. Das Auswertungsmodul 4 kann dabei auch Teil eines der Erfassungsmodule 5 sein, insbesondere können das Auswertungsmodul 4 und das in der Reihe erste oder letzte Erfassungsmodul 5 miteinander integriert ausgeführt sein.
Die Herausforderung bei diesem Aufbau liegt nun darin, die einzelnen Erfassungsmodule 5 mechanisch mit dem Stapel 1 zu verbinden und an diesen sicher zu halten und dabei gleichzeitig die Kontaktelemente 6 zuverlässig in der vorgegebenen Position zu halten, also beispielsweise diese gegen die Kontaktbereiche beziehungsweise in die Vertiefungen 40 der jeweiligen Bipolarplatten 41 der Einzelzellen 2 zu drücken.
Diese Aufgabe übernimmt nun ein Verbindungsmodul 12, welches in dem Ausführungsbeispiel der 1 zum Anpressen der einzelnen Erfassungsmodule 5 beziehungsweise ihrer Kontaktbereiche 6 an die Bipolarplatten 41 der Einzelzellen 2 des Brennstoffzellenstacks vorgesehen ist. In der Darstellung der 1 ist die Position des Verbindungsmoduls 12 dabei rein beispielhaft gewählt. Es kann beispielsweise aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein und kann, im Falle der Ausbildung aus Metall insbesondere über eine isolierende Schicht, unmittelbar auf die Kontaktelemente 6 einwirken und diese gegen den Brennstoffzellenstack 1 pressen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmodul 12 über Schrauben 13 mit Endplatten 14 des Brennstoffzellenstacks 1 verbunden, um so eine einfache, sichere und bei Bedarf zu Wartungszwecken auch lösbare Verbindung herzustellen.
In der Darstellung der 2 ist nun ein alternativer Aufbau der Vorrichtung 3 ohne den Brennstoffzellenstack 1 gezeigt. Das Verbindungsmodul 12 weist in dieser Darstellung nun außerdem einige mit 15 bezeichnete schematisch angedeutete elektrische Leitungen auf. Es übernimmt neben der mechanischen Fixierung der Erfassungsmodule 5 auf dem Brennstoffzellenstack 1 auch deren elektrische Kontaktierung, sodass auf die Kommunikationsbausteine 8 und 9 in den Erfassungsmodulen 5 und in dem Auswertungsmodul 4 verzichtet werden kann. Die Möglichkeiten der Verschaltung und der Führung der Leitungen 15 sind dabei hier nur schematisch angedeutet, auf die sich dabei ergebenen Möglichkeiten wird nachfolgend noch näher eingegangen.
Während in der Darstellung der 2 eine Verbindung zwischen den einzelnen Leitungen 15 und entsprechenden Leitungen der Erfassungsmodule 5 vorgesehen ist, welche beispielsweise über einen später noch erläuterten und gezeigten Stecker 16 (vgl. 5) oder mehrere derartige Stecker 16 realisiert werden können, ist in der Darstellung der 3 der Aufbau der Vorrichtung 3 aus 2 nochmals aufgegriffen, wobei hier die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Erfassungsmodulen 5 und dem Verbindungsmodul 12 drahtlos über Induktion erfolgt, was hier durch angedeutete Spulen 17 symbolisiert ist. Dies ermöglicht es, die bei der Montage einzuhaltenden Toleranzen etwas zu reduzieren, um so den Aufbau nochmals zu vereinfachen.
In der Darstellung der 4 ist der Brennstoffzellenstack 1 mit mehreren Erfassungsmodulen 5 und dem Verbindungsmodul 12 nochmals gezeigt. Die Erfassungsmodule 5 weisen dabei jeweils eine Identifikation beziehungsweise Adressierung auf, welche beim unteren randseitigen Erfassungsmodul als ID1, beim nachfolgenden Modul als ID 2 bezeichnet ist. Wie es durch die punktierte Linie der Verbindung angedeutet ist, welche beispielsweise einen parallelen Bus darstellen soll, folgen dann weitere hier nicht dargestellte Erfassungsmodule 5, bis zu dem am äußeren Ende des Brennstoffzellenstacks 1 angeordneten Erfassungsmodul 5 mit der Adressierung IDn. Wie bereits erwähnt sind diese Erfassungsmodule 5 in dem hier dargestellten Beispiel über einen parallelen Bus miteinander verbunden. Dieser parallele Bus ist in seiner Gesamtheit lediglich durch eine mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnete Linie symbolisiert. Er stellt dabei verschiedene Verbindungen bereit und kann beispielsweise mit CAN-Bus-Hardware aufgebaut sein, sodass also vier Leitungen zur Verfügung stünden, eine Masseleitung, eine Potenzialleitung, welche zusammen die Spannungsversorgung ausbilden, sowie eine erste und eine zweite Datenleitung. Die Anbindung an das Auswertungsmodul 4 erfolgt dabei über zwei sogenannte CAN Transceiver 19. Außerdem ist ein Baustein 20 für das Leistungsmanagement vorgesehen, welcher die ankommende Bordnetzspannung von beispielsweise 12 oder 24 V auf eine 5 V Spannung für den parallelen Bus 18 heruntersetzt und diese über die mit 21 bezeichneten Leitungen zur Verfügung stellt. Gleichzeitig wird über die mit 22 bezeichnete Leitung die Spannung für die Auswertungselektronik 4 zur Verfügung gestellt, beispielsweise 3 bis 5 V. Daneben gibt es eine Diagnoseverbindung zwischen dem Baustein 20 zur Bereitstellung der Leistung und der Auswerteelektronik, welche hier mit 23 bezeichnet ist. Die Daten der Auswerteelektronik können dann beispielsweise für Sensoren oder Aktuatoren über die Leitung 24 bereitgestellt werden oder insbesondere auch in den CAN-Bus des Fahrzeugs oder anderen Systems, welches den Brennstoffzellenstack 1 aufweist, weitergegeben werden. In der Darstellung der 4 ist dafür die Leitung 25 vorgesehen, welche auch zusätzliche Daten an das Auswertungsmodul 4 zurückliefern kann, was für die entsprechenden Sensoren und Aktuatoren vergleichbar gilt.
In der Darstellung der 5 ist das Verbindungsmodul 12 hier beispielsweise mit einer Schiene 36, welche auch elektrische Leitungen 15 umfassen kann, von welchen hier eine beispielhaft im Inneren des Verbindungsmoduls 12 angedeutet ist, dargestellt. Das Verbindungsmodul weist ein mit 37 bezeichnetes exponiertes Segment auf, welches mechanisch fest mit der Schiene 36 des Verbindungsmoduls 15 verbunden ist und von diesem aus in Richtung des in der Darstellung der 5 darunter angedeuteten Erfassungsmoduls 5 ragt. Vor dem Erfassungsmodul 5 ist eine Platine 38 dargestellt, welche einerseits den Schaltkreis 7 als angedeuteten integrierten Schaltkreis und andererseits eines der Kontaktelemente 6 in der schematischen Schnittdarstellung der 5 zeigt. Das Kontaktelement 6 weist im Inneren eine Ausnehmung 39 auf, welche in der Darstellung der 5 in eine Vertiefung 40 einer mit 41 bezeichneten Bipolarplatte einer der Einzelzellen 2 ragt. Wird das Verbindungsmodul 12 nun in der Darstellung der 5 nach unten bewegt, so taucht das exponierte Segment 37 in die Ausnehmung 39 ein. Das Kontaktelement 6 kann dabei vorzugsweise in dem Bereich, in dem es in die Vertiefung 40 ragt, seitlich geschlitzt ausgeführt sein, sodass das Kontaktelement 6 beim Einschieben des exponierten Segments 37 aufgedehnt wird und sich im Bereich der Wandungen der Vertiefung 40 zumindest abschnittsweise form- und/oder reibschlüssig anlegt und damit die elektrische Kontaktierung zwischen der Vertiefung 40 als Kontaktbereich der Bipolarplatte 41 und dem Kontaktelement 6 schafft. Ergänzend kann hierdurch eine sehr gute mechanische Fixierung des Erfassungsmoduls 5 an der Einzelzelle 2 und damit letztlich an dem hier nicht dargestellten Brennstoffzellenstack 1 erreicht werden.
Das exponierte Segment 37 kann selbst in reibschlüssigem oder formschlüssigem Kontakt mit dem Kontaktelement 6 treten, beispielsweise indem Vorsprünge des Kontaktelements 6 in eine Nut 42 des exponierten Segments 37 eingreifen, wenn dieses in den verriegelten Zustand abgesenkt wird. Selbstverständlich könnte der Aufbau auch andersherum ausgeführt sein, sodass die Nut im Bereich des Kontaktelements ist. Neben einer reinen elastischen Verformung des Materials wären hier auch gelenkig angebrachte Abschnitte des Kontaktelements und/oder des exponierten Segments 37 denkbar, welche letztlich in der abgesenkten und verriegelten Position zu einer festen mechanischen und/oder elektrischen Verbindung zwischen dem Verbindungsmodul 12, dem Erfassungsmodul 5 und dem Stapel der Einzelzellen 2 führen.
In der Darstellung der 6 ist nun ein beispielhafter Aufbau eines der Erfassungsmodule 5 näher dargestellt. Das Erfassungsmodul 5 weist in der Darstellung der 6 auf seiner linken Seite die Kontaktelemente 6 auf, welche hier lediglich als Trapez angedeutet sind. Sie dienen beispielsweise zur Erfassung der Einzelzellspannungen von bis zu 16 Einzelzellen 2. Die Daten gelangen dann in einen mit MUX bezeichneten Multiplexer und von dort in einen Analog/DigitalWandler 26. Optional kann ein Mikrocontroller 27 vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise über ein Serial Peripheral Interface (SPI) mit dem Analog/DigitalWandler 26 verbunden sein. Optional kann ferner ein DC/DC-Wandler 28 vorgesehen sein. Ferner kann eine Spannungsregelung samt Watchdog (LOD+WD) 29 vorgesehen sein. Über diesen DC/DC-Wandler in Verbindung mit der Spannungsregelung und dem Watchdog 29 kann die galvanische Trennung der Spannungsversorgung gewährleistet werden. Durch die Kombination von DC/DC-Wandler 28 und LOD+WD 29 kann ein einfacher Aufbau erreicht werden. So kann z. B. der DC/DC-Wandler selbst ungeregelt bleiben. Der nachgeschaltete LDO (+WD) 29 sorgt dennoch für die richtige Spannung. Für diese Struktur reicht dann ein einfacher Trafo mit primär und Sekundärwicklung aus. Auf ein Feedback zur Primärseite, also z. B. in das 12 V-Bordnetz des Fahrzeugs, kann dann verzichtet werden. Der Watchdog des LOD+WD Bausteins 29 überwacht das System, in diesem Fall den lokalen Mikrocontroller 27, und löst im Fall eines Problems einen Reset aus.
Letztlich kann das Erfassungsmodul 5 ferner einen Trennkoppler 30 umfassen, beispielsweise einen Optokoppler, welche den Datenkreiskreis innerhalb des Erfassungsmoduls 5 von der Anbindung an dessen Stecker 16 galvanisch trennt. In der Darstellung der 6 sind dabei zwei Stecker 16 vorgesehen, ein Stecker 16 für die Eingangssignale und ein Stecker 16 für die Ausgangssignale. Jeder dieser Stecker kann dabei jeweils fünf der Leitungen 15 des Verbindungsmoduls 12 kontaktieren. Die Leitungen von unten in der Darstellung der 6 kommen dabei vom vorherigen Erfassungsmodul 5, oder falls das Erfassungsmodul 5, welches hier dargestellt ist, das erste in der Reihe ist, von dem Auswertungsmodul 4. Die oben dargestellten Leitungen 15 gehen dann zum nächsten Erfassungsmodul 5 oder, falls das hier dargestellte Erfassungsmodul 5 das letzte Erfassungsmodul in der Reihe ist, zum Auswertemodul 4. Die einzelnen Leitungen 15 sind dabei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils von links nach rechts eine Adressleitung ADR gefolgt von zwei Datenleitungen CAN-L und CAN-H sowie einer Masseleitung GND und einer Potenzialleitung, welche hier mit +5V bezeichnet ist.
Die Verschaltung der einzelnen Erfassungsmodule 5 untereinander erfolgt in der Darstellung gemäß 6 in Reihe nacheinander. Alle ankommenden Leitungen sind über den in 6 unten dargestellten Stecker 16 also in das Erfassungsmodul 5 hineingeführt und werden dann über den in 6 oben dargestellten Stecker 16 wieder aus dem Erfassungsmodul 5 herausgeführt und zu dem nächsten Erfassungsmodul 5 weitergeführt. Diese Art der Verschaltung wird auch als Daisy Chain bezeichnet.
In der Darstellung der 7 ist ein Erfassungsmodul 5 dargestellt, dessen Inneres beispielsweise vergleichbar wie bei dem Aufbau in 5 aufgebaut sein kann und deshalb nicht nochmals dargestellt ist. Relevant für die Anbindung des Erfassungsmoduls 5 an die Leitungen 15 des Verbindungsmoduls 12 ist es nun, dass hier bezüglich der Adressleitungen ADR und der Datenleitungen CAN-L und CAN-H die Daisy-Chain Verschaltung beibehalten wird, während die Spannungsversorgung über die Masseleitung GND und die Potenzialleitung +5V nun durchlaufend ausgebildet ist, sodass alle Erfassungsmodule 5, von welchen hier jedoch nur eines dargestellt ist, parallel zueinander an die Spannungsversorgung angeschlossen sind.
In der Darstellung der 8 ist eine weitere Alternative zu erkennen. Anstelle der bisher eingesetzten zwei Stecker 16 für die eingehenden und die ausgehenden Signale tritt hier nun ein einziger Stecker 16, welcher parallel mit den beiden Datenleitungen CAN-L und CAN-H sowie der Masseleitung GND und der Potenzialleitung +5V verbunden sind. Der Aufbau stellt nun also einen parallelen Bus-Aufbau dar, welcher auf die Adressleitungen ADR, auf welche später noch im Detail eingegangen werden wird, verzichtet. Der Aufbau kann insbesondere unter Verwendung von - kostengünstigen und einfach verfügbaren - CAN-Bus-Hardwarebauteilen aufgebaut werden, muss aber nicht zwingend dem CAN-Busprotokoll folgen.
Wie bereits erwähnt kann zur Vereinfachung des Aufbaus auf die Adressleitungen ADR verzichtet werden, wie es im Rahmen des Aufbaus der 8 erläutert worden ist. Die Adressleitungen ADR können jedoch zusätzlich vorhanden sein, was jedoch den Aufbau des Steckers 16 etwas komplexer macht, wie es in der Darstellung der 9 schematisch angedeutet ist. Ansonsten entspricht der Aufbau gemäß 9 dem der 8. Die Adressleitungen ADR, welche bei der Initialisierung die jeweiligen Adressen der vorhergehenden Erfassungsmodule 5 an die Nachfolgenden weitergeben, bleiben dabei prinzipbedingt in der Daisy-Chain Verschaltung.
In der Darstellung der 10 wird nun eine weitere Vereinfachung dieses Aufbaus aufgegriffen. Anstelle eines parallelen Busses mit vier Leitungen, also der Spannungsversorgung und den beiden Datenleitungen CAN-L und CAN-H, wird nun auf die beiden Datenleitungen CAN-L und CAN-H gänzlich verzichtet. Dieser Aufbau ist in der Darstellung der 10 erkennbar und ist trotz der hier noch eingesetzten Adressleitungen ADR, auf welche prinzipiell auch verzichtet werden könnte, wie es später noch näher dargestellt ist, entsprechend vereinfacht. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation nicht über den die Datenleitungen CAN-L, CAN-H, sondern ergänzend über die beiden Leitungen GND und +5V zur Spannungsversorgung. Diese Art der Kommunikation wird als PSI5 Kommunikation bezeichnet und ist in vielen Fällen ausreichend, auch wenn sie hinsichtlich der Datenmenge entsprechend beschränkt ist, typischerweise auf 189 kBit/s. Diese hier eingesetzte Kommunikation, welche bei einer entsprechend geringen Datenmenge völlig ausreichend ist und hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus sehr effizient ist, erfordert dann jedoch einen zusätzlichen PS15-Baustein 31, welcher in dem Erfassungsmodul 5 in der Darstellung der 10 angedeutet ist.
Die nun schon mehrfach gezeigten und angesprochenen eingehenden und ausgehenden Adressleitungen ADR werden bei einer Kommunikation über einen wie auch immer verschalteten parallelen Bus, sei es in einer Daisy-Chain-Verschaltung oder in einer parallelen Verschaltung der Erfassungsmodule 5 zueinander, benötigt, um die einzelnen Erfassungsmodule 5 zu adressieren. Damit ist im Falle der Weitergabe von erfassten Messwerten bekannt, von welchem Erfassungsmodul 5 diese Messwerte stammen. Über die zusätzlichen Adressleitungen ADR kann also das Erfassungsmodul 5 entsprechend angesprochen und adressiert werden. Die Adressleitungen ADR laufen dabei von Erfassungsmodul 5 zu Erfassungsmodul 5, sodass diese ihre jeweilige Adresse weitergeben und um 1 erhöht an das nachfolgende Erfassungsmodul 5 weiterreichen können, bis alle Erfassungsmodule 5 entsprechend adressiert sind. Der Nachteil bei dieser Adressierung über die Adressleitungen ADR besteht nun darin, wie es insbesondere aus einem Vergleich der Darstellungen der 8 und 9 zu erkennen ist, dass dies den Aufwand hinsichtlich der Leitungsführung und der einzusetzenden Stecker oder alternativ dazu der einzusetzenden drahtlosen Kommunikation beispielsweise über Induktionsspulen erheblich erhöht. Aus diesem Grund kann, wie es bereits bei der Darstellung in der 8 kurz angedeutet wurde, auf diese Adressleitungen ADR auch verzichtet werden. Die automatische Adressierung der einzelnen Erfassungsmodule 5 erfolgt dann in einer leicht veränderten Art, welche nachfolgend anhand der 11 und 12 beschrieben wird.
In der Darstellung der 11 sind nochmals zwei der Erfassungsmodule 5 dargestellt. Sie sind rein beispielhaft über eine Masseleitung GND und eine Potenzialleitung +5V mit dem Auswertemodul 4 verbunden. Der Aufbau entspricht also im Wesentlichen dem in 10, ohne dass der PSI5 Baustein 31 hier dargestellt ist, und ohne die in 10 gezeigten Adressleitungen ADR. Analog dazu könnte dieser Aufbau auch analog zur 7 verstanden werden, wobei in der Darstellung der 11 zur Vereinfachung auf die beiden Datenleitungen CAN-H und CAN-L verzichtet worden ist.
Innerhalb der Erfassungsmodule 5 befindet sich im Wesentlichen dieselbe Elektronik, wie sie im Rahmen der Darstellung der 6 bereits erläutert worden ist. Den Kern bildet hier der Analog/Digital-Wandler 26 und der Mikrocontroller 27. Der DC/DC-Wandler 28 und der Trennkoppler 30 sind ebenfalls angedeutet. Auf den LOD+WD 29 wurde hier zur Vereinfachung verzichtet. In der Darstellung der 11 links sind nun einige der in Reihe miteinander verschalteten Einzelzellen 2 des in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Brennstoffzellenstacks 1 zu erkennen. Dabei ist es so, dass die Anbindung an die jeweiligen Einzelzellen über den im Rahmen der 6 bereits angesprochenen Multiplexer MUX durchgeschaltet werden, um so zeitlich nacheinander die Spannungen der betroffenen Einzelzellen 2 des Brennstoffzellenstacks 1 zu erfassen. Um ein Ausganspotenzial für die Spannung der durch das jeweilige Erfassungsmodul 5 erfassten Spannungen zu haben, ist dabei der Kontaktbereich beziehungsweise Pol der jeweils letzten von dem jeweiligen Erfassungsmodul 5 überwachten Einzelzelle 2 mit dem entsprechenden Pol der benachbarten bereits von dem nächsten Erfassungsmodul 5 erfassten Einzelzelle 2 verbunden. Diese Verbindung ist in der Darstellung der 11 mit 32 bezeichnet. Diese Verbindung 32 kann nun zusätzlich zur Adressierung der Erfassungsmodule 5 verwendet werden, sodass auf die Adressleitungen ADR verzichtet werden kann und ein entsprechend einfacher Aufbau, beispielsweise gemäß 8 oder gemäß 10 unter Verzicht auf die dort noch eingezeichneten Adressleitungen ADR, realisiert werden kann. Die Verbindung 32 lässt sich dabei in der Darstellung der 11 über den jeweiligen Multiplexer MUX mit einem Kondensator 33 und einem in Reihe dazu zwischen dem Kondensator 33 und der Masseleitung GND liegenden ohmschen Widerstand 34 verschalten. Diese beiden Elemente bilden ein RC-Glied aus, welches Gleichspannung blockiert und Wechselspannung nur bei hoher Frequenz passieren lässt, wobei die Grenzfrequenz durch die Auswahl des Kondensators 33 und des ohmschen Widerstands 34 in an sich bekannter Art und Weise konstruktiv festgelegt wird.
Der Mikrocontroller 27 greift nun über die mit 35 bezeichnete Leitung ein Signal zwischen dem Kondensator 33 und dem Widerstand 34 ab und kann dieses entsprechend auswerten beziehungsweise über diese Leitung 35 ein Signal senden.
Die Prozedur zur Adressierung könnte nun wie folgt aussehen. Zuerst warten alle Erfassungsmodule 5 auf die Anweisungen des Auswertungsmoduls 4. Dieses Auswertungsmodul 4 weist nun alle Erfassungsmodule 5 an, zum Beispiel auf der in 11 unten dargestellten Verbindung über das RC-Glied aus Kondensator 33 und Widerstand 35 ein Signal zu senden und gleichzeitig auf den in 11 jeweils oben dargestellten Verbindungen zeitgleich auf ein Signal zu warten. Dies ginge natürlich genauso gut umgekehrt. In jedem Fall lässt sich so erkennen, welches Erfassungsmodul 5 das erste bzw. letzte in der Reihe ist. Nachdem nun eines dieser im Randbereich liegenden Erfassungsmodule 5 sich identifizieren konnte, wird dieses als Modul mit der Adresse 1 festgelegt und alle anderen Erfassungsmodule 5 gehen in den Lauschmodus. Entsprechend dem oben dargelegten Beispiel insbesondere im Bereich ihrer in 11 oben dargestellten Verbindung. Ausgehend von dem als erstes Erfassungsmodul 5 mit der Adresse 1 identifizierten Erfassungsmoduls 5 wird nun auf der jeweils unteren Verbindung die Moduladresse an das jeweils nächste Modul gesandt. Nach erfolgreichem Erhalt der Moduladresse senden die Empfänger eine Empfangsbestätigung zurück. Dasjenige Erfassungsmodul, welches keine Empfangsbestätigung erhält, lässt sich dann automatisch als das letzte Erfassungsmodul 5 in der Reihe identifizieren.
Je nach Auslegung des Multiplexers MUX und des detaillierten Systemaufbaus könnte nun jedoch auch auf jeweils eines der RC-Glieder mit dem Kondensator 33 und dem ohmschen Widerstand 34 verzichtet werden. Dieser Aufbau, welcher mit einem RC-Glied auskommt, hätte dann das in eines der Erfassungsmodule 5 integrierte Auswertungsmodul 4, wie es eingangs beschrieben worden ist. In diesem Fall wäre das Auswertungsmodul 4 also mit den Messfähigkeiten eines der Erfassungsmodule 5 ausgestattet beziehungsweise diese könnten durch die Integration auf die Fähigkeiten des jeweils anderen Moduls zugreifen. Die Erfassungsmodule weisen bei dieser Ausgestaltung nun also lediglich ein RC-Glied für die Kommunikation mit dem jeweils nächsten Nachbarmodul auf. Die Multiplexer MUX müssten dann in der Art ausgelegt sein, dass seriell auf die obere beziehungsweise untere Verbindung im oben dargelegten Sinne umgeschaltet werden kann.
Das integrierte Modul mit dem Erfassungsmodul 5 und dem Auswertemodul 4 wäre dann automatisch das Modul mit der Adresse 1 in der Reihe. Es wird hier also angenommen, dass es sich bei diesem integrierten Modul 4, 5 um das oberste oder unterste Modul analog zur Darstellung in 11 handeln würde. Alle anderen Erfassungsmodule 5 schalten die Multiplexer MUX nun auf die in der Darstellung der 11 jeweils obere Verbindung mit dem RC-Glied und lauschen auf ein Signal. Nachdem ein Erfassungsmodul 5 vom jeweils vorherigen Nachbarn ein Signal empfangen und dieses bestätigt hat, schaltet der Multiplexer MUX auf die jeweils untere Verbindung ohne das RC-Glied um und führt die Identifikation entsprechend fort. Auch hier werden die einzelnen Erfassungsmodule 5 nacheinander identifiziert. Empfängt eines der Erfassungsmodule 5 keine Bestätigung seines gesendeten Signals, wird dieses wiederum als das letzte Erfassungsmodul 5 in der Reihe angenommen.
Der Aufbau in 12, welcher nur eines der beiden Erfassungsmodule 5 nochmals um Detail zeigt, unterscheidet sich von dem Aufbau in 11 nur insofern, als dass der jeweilige Kondensator 33 direkt an die Verbindung 32 angeschlossen ist, also nicht auf den Multiplexer MUX zu seiner Verbindung angewiesen ist.
Der Ablauf ist nun der Folgende: Das erste der Erfassungsmodule 5 in der Reihe erhält von seinem vorhergehenden „Modul“ über die dortige Verbindung 32, weil diese eben nicht existiert, kein Signal. Bei einer Beaufschlagung des Erfassungsmoduls 5 mit Spannung und einer entsprechenden Initialisierung liegt also kein Adresssignal vor, sodass dieses Erfassungsmodul 5 seine Identifikation 10 auf 1 setzt. Es gibt dann über die Verbindung 32 und die Leitung 35 diese Information, dass es das Erfassungsmodul 5 mit der Identifikation ID1 ist, an das nächste benachbarte Erfassungsmodul 5 weiter. Dieses quittiert das erhaltene Signal gegenüber dem ersten Erfassungsmodul 5 mit der Identifikation ID1 und erhöht seinerseits die erhaltene Identifikation um 1, sodass es sich selbst also die Identifikation ID2 zuweist und diese entsprechend an das dritte Erfassungsmodul 5 weitergibt, welches das Signal entsprechend quittiert und die Identifikation erhöht, sodass es sich selbst die Identifikation ID3 zuweist. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis eines der Erfassungsmodule 5, in der Darstellung der 4 wäre dies das Modul mit der Identifikation IDn, keine Quittierung seines ausgehenden Signals erhält, da kein nachfolgendes Erfassungsmodul 5 mehr vorhanden ist. Hier kann beispielsweise eine vorgegebene Zeitspanne abgewartet werden, innerhalb welcher typischerweise das Signal zur Quittierung ankommt. Ist dies nicht der Fall, geht das entsprechende Erfassungsmodul 5 davon aus, dass es das letzte Erfassungsmodul 5 in der Reihe ist. Es kann dann ein Abschlusssignal generieren und an das Auswertungsmodul 4 weiterreichen, sodass dieses weiß, die Adressierung der einzelnen Erfassungsmodule 5 ist abgeschlossen und der reguläre Betrieb kann starten.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenstack
2: elektrochemische Einzelzelle
3: Vorrichtung zur Überwachung von Einzelzellspannungen
4: Auswertemodul
5: Erfassungsmodul
6: Kontaktelemente
7: Schaltkreis
8: Kommunikationsbaustein
9: Kommunikationsbaustein
10: Auswerteelektronik
11: Busanschluss
12: Verbindungsmodul
13: Schrauben
14: Endplatte
15: elektrische Leitung
16: Stecker
17: Spule
18: paralleler Bus
19: CAN Transceiver
20: Baustein
21: Leitung
22: Leitung
23: Auswerteelektronik
24: Leitung
25: Leitung
26: Analog/Digital-Wandler
27: Mikrocontroller
28: DC/DC-Wandler
29: Spannungsregelung und Watchdog
30: Trennkoppler
31: PSI5-Baustein
32: Verbindung
33: Kondensator
34: ohmscher Widerstand
35: Leitung
36: Schiene
37: exponiertes Segment
38: Platine
39: Ausnehmung
40: Vertiefung
41: Bipolarplatte
42: Nut
ADR: Adressleitung
CAN-H: paralleler Bus
CAN-L: paralleler Bus
GND: Masseleitung
+5V: Potenzialleitung
ID: Identifikation
MUX: Multiplexer
S: Stapelrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021110279 [0004]

Claims

Vorrichtung (3) zur Überwachung von Einzelzellspannungen eines Stapels (1) von elektrochemischen Einzelzellen (2), mit mehreren jeweils einige der Einzelzellen (2) kontaktierenden Erfassungsmodulen (5), welche zumindest Kontaktelemente (6) und einen integrierten Schaltkreis (7) zur Digitalisierung der erfassten Messwerte aufweisen, und mit wenigstens einem Auswertungsmodul (4) zur Auswertung der von mehreren der Erfassungsmodule (5) erfassten und an das Auswertungsmodul (4) übermittelten Messwerte, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsmodul (12) vorgesehen ist, über welches wenigstens zwei der Erfassungsmodule (5) mit dem Stapel (1) mechanisch verbunden sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertungsmodul (4) in eines der Erfassungsmodule (5) integriert ausgeführt ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmodul (12) zur mechanischen Fixierung an dem Stapel (1), insbesondere im Bereich von Endplatten (14) des Stapels (1), ausgebildet ist, und wenigstens einen Druckbereich zum Anpressen der Kontaktelemente (6) an Kontaktbereiche der Einzelzellen (2) aufweist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Verbindungsmoduls (12) am Stapel (1) Schrauben (13) und/oder Bereiche zum Einhaken an dem Stapel (1), insbesondere an dessen Endplatten (14), aufweist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmodul (12) als Spritzgussteil ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmodul (12) aus einem extrudierten Profil, insbesondere aus Kunststoff, ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmodul (12) elektrische Leitungen (15) aufweist, welche über Steckkontakte und/oder kabellos mit den Erfassungsmodulen (5) und/oder dem wenigstens einen Auswertungsmodul (4) verbunden sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kabellose Verbindung als induktive Verbindung ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (6) mit exponierten Segmenten (37) des Verbindungsmoduls (12) korrespondierende Ausnehmungen (39) aufweisen, wobei die Einzelzellen (2) Vertiefungen (40) zur Aufnahme der Kontaktelemente (6) aufweisen, welche sich nach dem Einbringen der exponierten Segmente (37) zumindest abschnittsweise form und/oder reibschlüssig an das Material der Vertiefungen (40) anlegen.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die exponierten Segmente (37) als Steckkontakte des Verbindungsmoduls (12) ausgebildet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Erfassungsmodule (5) Kontaktelemente (6) zur elektrischen Kontaktierung von bis zu 32, bevorzugt von bis zu 16, Einzelzellen (2) aufweist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (1) von elektrochemischen Einzelzellen (2) als Brennstoffzellenstack (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche der Einzelzellen (2) als Vertiefungen (40) in den Stirnseiten metallischer Bipolarplatten (41) des Brennstoffzellenstacks (1) ausgebildet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) einen Multiplexer (MUX), einen Analog/Digital-Wandler (26), einen Mikrocontroller (27), einen DC/DC-Wandler (28), einen Spannungsregler mit Watchdog (29) und/oder einen Trennkoppler (30) zur galvanischen Trennung von Stromkreisen aufweisen.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) wenigstens einen Stecker (16) zur elektrischen Kontaktierung mit den Leitungen (15) des Verbindungsmoduls (12) aufweisen.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) über das Verbindungsmodul (12) in Reihe hintereinander verbunden sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) über das Verbindungsmodul (12) mit durchlaufender Spannungsversorgung in dem Verbindungsmodul (12) verbunden sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) einen PS15-Baustein (31) zur Kommunikation mit dem wenigstens einen Auswertungsmodul (4) über die Leitungen (15) des Verbindungsmoduls (12) zur Spannungsversorgung der Erfassungsmodule (5) verfügen.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) über das Verbindungsmodul (12) mittels eines parallelen Busses (18) zueinander verbunden sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stecker (16) Kontakte zur Spannungsversorgung (GND, +5V) aufweist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stecker (16) Kontakte zur Spannungsversorgung (GND, +5V) und zwei Datenleitungen (CAN-H, CAN-L) für einen parallelen Bus aufweist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stecker (16) Kontakte für Adressleitungen (ADR) zu den jeweils benachbarten Erfassungsmodulen (5) aufweist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) im Bereich der Kontaktelemente (6) so ausgebildet sind, dass die jeweils äußeren Kontaktelemente (6) des jeweiligen Erfassungsmoduls (5) einen der Kontaktbereiche der Einzelzelle (2) kontaktieren, welcher auch von den äußeren Kontaktelementen (6) des benachbarten Erfassungsmoduls (5) kontaktiert ist, wobei wenigstens eine dieser Verbindungen (32) in dem jeweiligen Erfassungsmodul (5) mit einem Hoch- oder Bandpassfilter verbunden oder über einen Multiplexer (MUX) verbindbar ist.
Verfahren zum automatischen Adressieren der Erfassungsmodule (5) in einer Vorrichtung (3) gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal zwischen einem Kondensator (33) oder einer Spule des Hoch- oder Bandpassfilters und dessen Widerstand (34) abgegriffen wird, wobei bei der Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme der Vorrichtung (3) jedes Erfassungsmodul (5) ein Signal seines vorhergehenden Erfassungsmoduls (5) ausliest, wenn ein solches vorhanden ist, und das Signal an das nachfolgende Erfassungsmodul (5) weitergibt, sofern dieses vorhanden ist, wobei das Erfassungsmodul (5) ohne vorhergehendes benachbartes Erfassungsmodul (5) oder das mit dem Auswertemodul (4) integrierte Erfassungsmodul (5) eine Identifikation (ID) von 1 generiert und diese an das nachfolgende benachbarte Erfassungsmodul (5) weitergibt, welches für sich eine um 1 erhöhte Identifikation (ID) generiert und diese wiederum an das ihm benachbarte nachfolgende Erfassungsmodul (5) weitergibt, und so fort.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmodule (5) ankommende Signale per Rückmeldung an das sendende Erfassungsmodul (5) bestätigen.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsmodul (5) ein Abschlusssignal für die automatische Adressierung erzeugt und an das wenigstens eine Auswertungsmodul (4) weitergibt, wenn dieses Erfassungsmodul (5) für eine vorgegebene Zeitspanne keine Rückmeldung auf sein Signal vom nachfolgenden benachbarten Erfassungsmodul (5) erhalten hat.