Batteriemanagementsystem Battery Management System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb einer wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung und zur Erfassung von Betriebsdaten, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuerungsvorrichtung. Die Erfindung wird in Bezug auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug und die Steuerung dessen wiederaufladbarer Energiespeichereinrichtung zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche wiederaufladbare Energiespeichereinrichtungen auch unabhängig von Kraftfahrzeugen bzw. im stationären Einsatz betreiben kann.The present invention relates to a control device for operating a rechargeable energy storage device and for detecting operating data, and a method for operating such a control device. The invention will be described in relation to use in a motor vehicle and the control of its rechargeable energy storage device for supplying the electrical drive of the motor vehicle. It should be noted, however, that a device having the features of the claims can also operate rechargeable energy storage devices independently of motor vehicles or in stationary use.
Aus dem Stand der Technik sind Steuerungsvorrichtungen für wiederaufladbare Energiespeichereinrichtungen aus galvanischen Zellen bekannt. Solche Vorrichtungen steuern beispielsweise die Ladung/Entladung angeschlossener galvanischer Zellen und greifen ggf. in diese Vorgänge ein, um unerwünschteControl devices for rechargeable galvanic cell energy storage devices are known in the art. Such devices control, for example, the charge / discharge of connected galvanic cells and, if necessary, intervene in these processes in order to avoid undesired ones
Zustände einzelner Zellen zu beseitigen. Dazu werden üblicherweise elektrische Spannungen, Temperaturen und/oder Ladungszustände angeschlossener galvanischer Zellen ermittelt und bewertet. Im Anschluss an eine Bewertung greifen diese bekannten Steuerungsvorrichtungen ggf. korrigierend in Vorgänge ein.Eliminate conditions of individual cells. For this purpose, electrical voltages, temperatures and / or charge states of connected galvanic cells are usually determined and evaluated. Following an assessment, these known control devices, if necessary, take corrective action.
Derartige Steuerungsvorrichtungen sind dabei anforderungsgerecht nicht in der Lage, während des Betriebs eines wiederaufladbaren Energiespeichers
ausreichende Informationen über dessen Betriebszustände zu sammeln, welche der Unterstützung von Diagnosevorgängen sowie der Vorhersage einer Restlebensdauer der betriebenen Energiespeichereinrichtung dienen.In this case, such control devices are not able to do so during the operation of a rechargeable energy store to collect sufficient information about its operating conditions, which serve to support diagnostic operations as well as the prediction of a residual life of the operated energy storage device.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während des Betriebs eines wiederaufladbaren Energiespeichers ausreichende Daten zu sammeln sowie Auswertungen zur Unterstützung von Diagnosevorgängen und zur Vorhersage einer Restlebensdauer des Energiespeichers zu erstellen. Diese Aufgabe wird mit einer Steuerungsvorrichtung und einem Verfahren zu deren Betrieb gemäß den Merkmalen der Ansprüche gelöst.The present invention has for its object to collect sufficient data during operation of a rechargeable energy storage and to create evaluations to support diagnostic operations and to predict a residual life of the energy storage. This object is achieved with a control device and a method for its operation according to the features of the claims.
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb einer wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung. Diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung weist wenigstens eine galvanische Zelle zur Speicherung elektrischer Energie auf. Diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung ist insbesondere zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs bestimmt. Diese Steuerungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine erste Steuerungseinrichtung zum kontrollierten Betrieb einer angeschlossen galvanischen Zelle aufweist. Weiterhin verfügt diese Steuerungsvorrichtung über eine Messeinrichtung, welche in der Lage ist, wenigstens einen Funktionsparameter wenigstens einer angeschlossenen galvanischen Zelle zu ermitteln. Ferner verfügt diese Steuerungsvorrichtung über eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung wenigstens eines gemessenen Funktionsparameters dieser wenigstens einen angeschlossenen galvanischen Zelle. Zudem weist die Steuerungsvorrichtung eine erste Speichereinheit zur Ablage von Daten auf. Diese Daten umfassen zumindest diesen gemessenen Funktionsparameter oder eine davon abgeleitete Größe, wobei gemeinsam mit dieser ein Wert abgespeichert wird, der Aufschluss über den Zeitpunkt der Messung gibt.
Gemäß dem Hauptanspruch weist die wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung wenigstens eine galvanische Zelle auf. Es ist jedoch durchaus möglich, dass mehrere galvanische Zellen in verschiedenen Schaltungsarten (Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung dieser Zellen) diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung bilden. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist auch zum Betrieb derart aufgebauter Energiespeicher in der Lage.The invention relates to a control device for operating a rechargeable energy storage device. This rechargeable energy storage device has at least one galvanic cell for storing electrical energy. This rechargeable energy storage device is intended in particular for supplying an electrical drive of a motor vehicle. This control device is characterized in that it comprises at least one first control device for the controlled operation of a connected galvanic cell. Furthermore, this control device has a measuring device which is able to determine at least one functional parameter of at least one connected galvanic cell. Furthermore, this control device has an evaluation device for evaluating at least one measured functional parameter of this at least one connected galvanic cell. In addition, the control device has a first storage unit for storing data. These data comprise at least this measured function parameter or a variable derived therefrom, a value being stored therewith which gives information about the time of the measurement. According to the main claim, the rechargeable energy storage device has at least one galvanic cell. However, it is quite possible that several galvanic cells in different types of circuits (series connection and / or parallel connection of these cells) form this rechargeable energy storage device. The control device according to the invention is also capable of operating so constructed energy storage.
Eine sogenannte galvanische Zelle weist wenigstens eine erste und eine zweite Einrichtung zur Speicherung elektrisch unterschiedlicher Ladungen, sowie ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung dieser beiden genannten Einrichtungen auf, wobei Ladungsträger zwischen diesen beiden genannten Einrichtungen verschoben werden können. Unter dem Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung ist beispielsweise ein sogenannter Elektrolyt zu verstehen, welcher als lonenleiter wirkt.A so-called galvanic cell has at least first and second means for storing electrically different charges, and means for establishing an electrical connection of the two said means, whereby charge carriers can be shifted between these two said means. By the means for producing an electrical active compound, for example, a so-called electrolyte is to be understood, which acts as an ion conductor.
Unter der genannten Messeinrichtung ist eine Einrichtung zur Erfassung eines Funktionsparameters einer galvanischen Zelle zu verstehen. Im vorliegenden Fall sind dies beispielsweise Einrichtungen zum Messen elektrischer Größen, wie beispielsweise elektrischer Spannung, elektrischen Stroms, elektrischer Ladung, aber auch der Temperatur einer galvanischen Zelle.The measuring device mentioned is a device for detecting a functional parameter of a galvanic cell. In the present case, these are, for example, devices for measuring electrical quantities, such as, for example, electrical voltage, electrical current, electrical charge, but also the temperature of a galvanic cell.
Unter Funktionsparametern sind solche physikalischen Größen zu verstehen, welche zur Beschreibung einer galvanischen Zelle dienlich sein können. Diese sind z. B. die elektrische Kapazität einer solchen Zelle, die zwischen den beiden Polen dieser Zelle messbare elektrische Spannung im Leerlauf oder als lastabhängige Klemmenspannung, die Stärke eines zur Ladung oder Entladung führenden elektrischen Stroms, der Innenwiederstand einer galvanischen Zelle, mit welchem technische Spannungsquellen in aller Regel behaftet sind, die bereits geladene oder verfügbare elektrische Ladung der galvanischen Zelle, Leckströme zwischen den Polen innerhalb dieser galvanischen Zelle, oder auch
- A -Functional parameters are to be understood as meaning physical quantities which may be useful for the description of a galvanic cell. These are z. As the electrical capacity of such a cell, the measurable between the two poles of this cell electrical voltage or load-dependent terminal voltage, the strength of a charge or discharge leading electrical current, the Innenwichstand a galvanic cell, with which technical voltage sources in most cases are affected, the already charged or available electrical charge of the galvanic cell, leakage currents between the poles within this galvanic cell, or also - A -
die Temperatur der Zelle, welche aus praktischen Gründen möglicherweise nur von außen gemessen wird. Je nach den Anforderungen an den Betrieb dieser wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung können noch andere physikalische Größen von Interesse sein.the temperature of the cell, which for practical reasons may only be measured from the outside. Depending on the requirements for the operation of this rechargeable energy storage device, other physical quantities may be of interest.
Die genannte Auswerteeinrichtung dient z. B. der Nutzbarmachung eines gemessenen Funktionsparameters zur weiteren Verarbeitung durch diese erste Steuerungseinrichtung. So liefern nicht alle Messeinrichtungen als Ergebnis eine elektrische Spannung. Beispielsweise muss ein Lade- oder Entladestrom in eine proportionale Spannung umgerechnet werden. Das gilt ggf. auch für eine gemessene Temperatur.The named evaluation device serves z. B. the utilization of a measured function parameter for further processing by this first control device. As a result, not all measuring devices deliver electrical voltage as a result. For example, a charging or discharging current must be converted into a proportional voltage. This may also apply to a measured temperature.
Die Steuerungsvorrichtung weist weiterhin eine erste Speichereinheit auf. Diese erste Speichereinheit dient dazu, gemessene Funktionsparameter oder daraus abgeleitete Größen abzuspeichern, wie z. B. zugehörige integrierte oder differenzierte Werte. Gemeinsam mit diesen Werten wird auch eine zeitliche Zuordnung abgespeichert, um die Vorgänge in den galvanischen Zellen später auch zeitlich nachvollziehen zu können.The control device also has a first storage unit. This first memory unit is used to store measured function parameters or derived variables, such. B. associated integrated or differentiated values. Together with these values, a temporal assignment is also stored in order to be able to track the processes in the galvanic cells later on.
Die Steuerungsvorrichtung ist in der Lage, die zeitliche Entwicklung eines Funktionsparameters zu überwachen. Einer gemessener und ausgewerteter Funktionsparameter wird mit einem Zielwert für diesen Funktionsparameter verglichen. Das geschieht rechnerisch durch Bildung einer Differenz zwischen dem ausgewerteten und dem vorgegebenen Wert (Zielwert). Den dazu erforderlichen Zielwert entnimmt diese erste Steuerungseinrichtung dieser ersten Speichereinheit. Ermittelte Differenzen aus vorliegenden und beabsichtigten Werten (Zielwert) dieser Funktionsparameter werden zur Beurteilung des Zustands der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung verwendet.
Abhängig von diesen errechneten Differenzen kann diese erste Steuerungseinrichtung aufgrund eines ihr zur Beachtung vorgegebenen, und in dieser ersten zugeordneten Speichereinheit abgespeicherten, Regelwerks für erforderlich befinden, eine oder mehrere Maßnahmen aus einer Gruppe vorgegebener Maßnahmen zur Verringerung dieser errechneten Differenzen auszuwählen. Durch solch eine ergriffene Maßnahme soll ein Funktionsparameter einer galvanischen Zelle wieder in einen gewünschten Bereich überführt werden. Beispielsweise kann diese erste Steuerungseinheit eine Kühl- oder Löscheinrichtung zuschalten.The control device is capable of monitoring the temporal evolution of a function parameter. A measured and evaluated function parameter is compared with a target value for this function parameter. This is done mathematically by forming a difference between the evaluated and the predetermined value (target value). The required target value is taken from this first control device of this first memory unit. Determined differences from present and intended values (target value) of these function parameters are used to assess the state of the rechargeable energy storage device. Depending on these calculated differences, this first control device may be required to select one or more measures from a group of predefined measures for reducing these calculated differences on the basis of a set of rules prescribed for it and stored in this first assigned memory unit. By means of such a measure, a functional parameter of a galvanic cell is to be transferred again into a desired range. For example, this first control unit can switch on a cooling or extinguishing device.
Unter Umständen kann es geschehen, dass eine oder mehrere von der ersten Steuerungseinrichtung eingeleitete Maßnahmen zur Rückführung eines Funktionsparameters in einen Zielbereich nicht zum gewünschten Ergebnis führen. In diesen Fällen, in denen diese errechneten Differenzen nicht wunschgemäß verringert werden können, kann diese erste Steuerungseinrichtung die sich in einem unerwünschten Zustand befindliche galvanische Zelle abschalten bzw. deren Zuleitungen unterbrechen. Dies ist quasi die letzte der der ersten Steuerungseinrichtung zur Verfügung stehende Maßnahme, welche dazu dienen soll, einen möglichen Schaden für diese wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung oder die betreibende Steuerungsvorrichtung zu vermeiden.It may happen that one or more measures introduced by the first control device for returning a function parameter to a target area do not lead to the desired result. In these cases, in which these calculated differences can not be reduced as desired, this first control device can turn off the galvanic cell located in an undesired state or interrupt its supply lines. This is, so to speak, the last measure available to the first control device which is intended to avoid possible damage to this rechargeable energy storage device or the operating control device.
Diese erste Steuerungsreinrichtung ist in der Lage, rechnerisch einen rückblickenden zeitlichen Verlauf eines beliebigen Funktionsparameter einer beliebigen galvanischen Zelle zu erstellen. Bei Bedarf wird die erste Steuerungsvorrichtung diesen zeitlichen Verlauf mit einem vorgegebenen Verlauf vergleichen, wobei dieser vorgegebene Verlauf einesThis first control device is able to computationally create a retrospective temporal course of any functional parameter of any galvanic cell. If necessary, the first control device will compare this time course with a predetermined course, this predetermined course of a
Funktionsparameters in der ersten Speichereinheit abgespeichert ist. Die Ergebnisse solch eines Vergleichs können wiederum in dieser ersten Speichereinheit abgespeichert werden. Diese Vergleiche und ihre Bewertungen können eine gegebenenfalls durchgeführte Diagnose eines Betriebsvorfalls
unterstützen. Aus solchen Verläufen kann ein Fachmann Erkenntnisse zu zeitlichen Abfolgen von Ereignissen und Entwicklungen von einzelnen Funktionsparametern gewinnen.Function parameter is stored in the first memory unit. The results of such a comparison can in turn be stored in this first memory unit. These comparisons and their assessments may include an eventual diagnosis of an incident support. From such courses, a person skilled in the art can gain insights into chronological sequences of events and developments of individual functional parameters.
Für eine kundige Person kann insbesondere die Kenntnis der Temperatur oder des Ladezustands einer galvanischen Zelle von Bedeutung sein. Diese erste Steuerungseinrichtung kann daher insbesondere mit der Kontrolle der Temperatur einer Zelle oder ihres Ladezustands befasst sein. Unter dem Ladezustand sind physikalische Größen wie die konstruktive elektrische Kapazität einer Zelle, das tatsächlich erzielbare elektrische Fassungsvermögen einer Zelle, eine gegenwärtig messbare Spannung zwischen den Polen einer Zelle und andere zu verstehen. Um einer unerwünschten Temperatur einer galvanischen Zelle zu begegnen, kann diese erste Steuerungseinrichtung beispielsweise eine Kühleinrichtung zu- oder abschalten. Unerwünschten Ladezuständen kann durch die Verlagerung von Ladung zwischen beispielsweise benachbarten galvanischen Zellen begegnet werden.For a person skilled in particular knowledge of the temperature or the state of charge of a galvanic cell can be of importance. This first control device can therefore be particularly concerned with the control of the temperature of a cell or its state of charge. Under the state of charge are physical quantities such as the constructive electrical capacity of a cell to understand the actually achievable electrical capacity of a cell, a currently measurable voltage between the poles of a cell and others. To counteract an undesirable temperature of a galvanic cell, this first control device, for example, a cooling device on or off. Undesirable states of charge can be counteracted by the transfer of charge between, for example, adjacent galvanic cells.
Beispielsweise wird ein Ladevorgang einer galvanischen Zelle unterbrochen bzw. abgebrochen, oder eine galvanische Zelle wird über einen Widerstand wenigstens teilweise entladen.For example, a charging process of a galvanic cell is interrupted or aborted, or a galvanic cell is at least partially discharged via a resistor.
In dieser ersten Speichereinheit ist eine Rechenvorschrift abgespeichert, welche es dieser ersten Steuerungseinrichtung gestattet, aus einem gemessenen Verlauf eines Funktionsparameters auf dessen künftige Entwicklung zu schließen. Bei dieser Rechenvorschrift kann es sich um eine einfache, und die Physik der Zelle nur unzureichend abbildende, Extrapolation oder eine dieser Physik besser angepasste Vorschrift handeln. Mit Hilfe einer Vorhersage für einen Funktionsparameter kann dessen unerwünschter Entwicklung durch rechtzeitige Einleitung korrigierender Maßnahmen vorgebeugt werden. So können beispielsweise kumulierende Schädigungen derart betriebener galvanischer Zellen verringert werden. Dadurch wird deren Lebensdauer erhöht.
Insbesondere kann die Vermeidung unerwünschter Temperaturen oder Ladezustände lebensdauerverlängernd wirken.In this first memory unit, a calculation rule is stored, which allows this first control device to conclude from a measured course of a function parameter on its future development. This calculation rule can be a simple extrapolation, or a physique of the cell, that does not adequately reflect the extrapolation or a regulation better adapted to this physics. With the help of a prediction for a function parameter, its undesirable development can be prevented by timely initiation of corrective measures. For example, cumulative damage to galvanic cells operated in this way can be reduced. This increases their service life. In particular, the avoidance of undesirable temperatures or states of charge can have a life-prolonging effect.
Beispielhaft ist nachfolgend eine Rechenvorschrift für die Ermittlung der Temperatur einer galvanischen Zelle genannt. Die Temperatur einer galvanischen Zelle ist abhängig von deren Bauart und den Einsatzbedingungen. Es wird angenommen, dass die Temperatur einer Zelle durch das Zusammenwirken eines Wärmestroms aus der Umgebung Qa (zumindest natürliche Konvektion) sowie einer elektrischen Heizleistung PE aus dem Lade- bzw.By way of example, a calculation rule for determining the temperature of a galvanic cell is mentioned below. The temperature of a galvanic cell depends on its design and the conditions of use. It is assumed that the temperature of a cell by the interaction of a heat flow from the environment Q a (at least natural convection) and an electric heating power P E from the loading or
Entladestrom beeinflusst wird. Das ergibt sich aus einer Wärmestrombilanz bezüglich der galvanischen Zelle. Dass es sich um eine idealisiertenDischarge current is affected. This results from a heat flow balance with respect to the galvanic cell. That it is an idealized
Zusammenhang handelt, wird durch das Näherungszeichen « verdeutlicht.Context is clarified by the approximation symbol ".
Cpf * Q∞ + PE = -k* A * AT + P* R Cp f * Q ∞ + P E = -k * A * AT + P * R
Dabei steht Cp für die Wärmekapazität der Zelle, f für derenHere, C p stands for the heat capacity of the cell, f for the latter
Temperaturgradienten, k für den Wärmedurchgangskoeffizienten betreffend den Wärmestrom durch die Zellwand, A steht für deren Fläche, ΔI steht für die zeitliche veränderliche Differenz aus Außen- und Zelltemperatur, / steht für den zeitlich veränderlichen Lade- bzw. Entladestrom und R für den elektrischen Widerstand der Zelle. Diese Differenzialgleichung ist unter Verwendung der Rand- und Anfangsbedingungen des Betriebs der galvanischen Zelle zu lösen. Man erhält ein erstes mathematisches Modell der Zelltemperatur als Funktion der Zeit.Temperature gradients, k for the heat transfer coefficient relating to the heat flow through the cell wall, A stands for their area, .DELTA.I stands for the time-varying difference between external and cell temperature, / stands for the time-varying charge or discharge current and R for the electrical resistance Cell. This differential equation is to be solved using the boundary and initial conditions of operation of the galvanic cell. A first mathematical model of cell temperature is obtained as a function of time.
In der Praxis ist die Verwendung des oben genannten mathematischen Modells durch Unzulänglichkeiten der Messung der gegenwärtigen Zelltemperatur sowie das Vorliegen instationärer und mehrdimensionaler Wärmeleitung erschwert. Aus dem Betrieb im Labor können Erfahrungswerte zur Anpassung der oben genannten Rechenvorschrifi an die reaie Zeiie gewonnen werden. Ein derart
verbessertes mathematisches Temperaturmodell gestattet eine Vorhersage der Zelltemperatur mit deutlich geringeren Fehlern.In practice, the use of the above-mentioned mathematical model is hampered by shortcomings of the measurement of the present cell temperature as well as the presence of transient and multi-dimensional heat conduction. From the operation in the laboratory empirical values can be obtained for the adaptation of the above-mentioned calculation rule to the reactive cell. Such a thing improved mathematical temperature model allows predicting the cell temperature with significantly lower errors.
Zur Erzielung noch höherer Genauigkeit kann das verwendete Temperaturmodell von Zeit zu Zeit angepasst werden. Dazu können Ergebnisse und Erkenntnisse aus weiteren Messungen im Labor dienen, wobei dasTo achieve even higher accuracy, the temperature model used can be adapted from time to time. For this purpose, results and findings from further measurements in the laboratory can be used
Temperaturmodell etwa im Rahmen von Wartungsvorgängen ersetzt würde. Das Temperaturmodell kann aber auch aufgrund der Beobachtung von Betriebszuständen mittels eines installierten Regelkreises als selbstlernendes Modell ausgebildet sein.Temperature model would be replaced as part of maintenance operations. However, the temperature model can also be designed as a self-learning model due to the observation of operating conditions by means of an installed control loop.
Mit fortschreitendem Alter einer galvanischen Zelle ändert sich deren Verhalten, sodass beispielsweise ein unveränderter Ladevorgang zu verringerter Ladung oder verfügbarer Spannung der Zelle führt. Bei hohem Anspruch an die Genauigkeit der Vorhersage ist eine Anpassung des Modells erforderlich.As the age of a galvanic cell advances, its behavior changes so that, for example, an unchanged charge results in reduced charge or voltage available to the cell. If the accuracy of the prediction is high, an adaptation of the model is required.
Die vorgenannten Verfahren zur Entwicklung eines Temperaturmodells können auch auf andere Funktionsparameter angewendet werden, beispielsweise auf die gespeicherte elektrische Ladung einer galvanischen Zelle oder deren elektrische Spannung. Als Ausgangspunkt zur Modellentwicklung dient beispielsweise eine Bilanz zum elektrischen Strom. Auch besteht mittels der elektrischen Heizleistung ein Zusammenhang zwischen dem thermischen und elektrischen Verhalten einer galvanischen Zelle.The abovementioned methods for developing a temperature model can also be applied to other functional parameters, for example to the stored electrical charge of a galvanic cell or its electrical voltage. The starting point for the model development, for example, is a balance sheet for the electric current. There is also a connection between the thermal and electrical behavior of a galvanic cell by means of the electric heating power.
Es ist von Vorteil, eine mathematische Modellierung des elektrischen bzw. thermischen Verhaltens einer galvanischen Zelle auf Grundlage einer gegebenen Ausführungsform zu erarbeiten. Beispielsweise kann das mathematische Modell des thermischen Verhaltens um Terme und Justierfaktoren ergänzt werden, welche dem mehrdimensionalen und instationären Wärmedurchgang durch eine Wand einer oder mehrerer galvanischer Zellen Rechnung tragen. Ähnliches gut für ein mathematisches
Modell zum elektrischen Verhalten einer oder mehrerer Zelle. Justierfaktoren solcher Modelle bedürfen der Anpassung aus dem Vergleich mit dem tatsächlichen thermischen Verhalten.It is advantageous to develop a mathematical modeling of the electrical or thermal behavior of a galvanic cell based on a given embodiment. For example, the mathematical model of the thermal behavior can be supplemented by terms and adjustment factors which take into account the multi-dimensional and transient heat transmission through a wall of one or more galvanic cells. Similar good for a mathematical one Model for the electrical behavior of one or more cells. Adjustment factors of such models require adaptation from the comparison with the actual thermal behavior.
Die gegebene Ausführungsform ist im Labor verschiedensten Betriebszuständen entsprechend den wahrscheinlichen Rand- und Einsatzbedingungen der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtungen auszusetzen. Betriebspläne zur Abdeckung möglicher Werte von Parametern zu beispielsweise Temperatur, Ladezustand und Alterungszustand der Zelle sind zu verfassen. Die Anwendung von Parameterschätzalgorithmen kann dabei zur Bestimmung der Schwankungsbrette eines beliebigen Parameters und somit zur Bestätigung oder ggf. zur Ausweitung der Betriebs- und Messpläne dienen.The given embodiment is subject to various operating conditions in the laboratory in accordance with the probable marginal and operating conditions of the rechargeable energy storage devices. Operating plans to cover possible values of parameters such as temperature, state of charge and state of aging of the cell are to be written. The use of parameter estimation algorithms can serve to determine the fluctuation boards of any parameter and thus to confirm or, if necessary, expand the operating and measurement plans.
Der Laborbetrieb einer gegebenen wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem kann, ebenso wie die Messdatenerfassung, automatisiert (rechnergestützt) erfolgen, was der Erhöhung derThe laboratory operation of a given rechargeable energy storage device with the battery management system according to the invention, as well as the measurement data acquisition, automated (computer-aided) take place, which increases the
Wiederholgenauigkeit der Untersuchungen dient. Im Laborbetrieb kann die Instrumentierung bzw. Sensorik umfangreicher gewählt werden, als für den späteren wirtschaftlichen Serieneinsatz vorgesehen ist. Die wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung kann im Laborbetrieb mit beherrschbarem Risiko auch jenseits und außerhalb anforderungsgemäßer Betriebsbedingungen belastet werden. Gerade diese Betriebart führt zum Erkenntnisgewinn und kann als Grundlage für die Erarbeitung von Abstellmaßnahmen dienen.Repeat accuracy of the investigations is used. In laboratory operation, the instrumentation or sensors can be chosen more extensively than is intended for later commercial series use. The rechargeable energy storage device can be charged in laboratory operation with manageable risk beyond and outside of operating conditions according to requirements. Especially this type of operation leads to knowledge gain and can serve as a basis for the development of remedial measures.
Gegebenenfalls können im Laborbetrieb die Betriebsbedingungen oder die Instrumentierung (Sensorik) kurzfristig an gewonnene Erkenntnisse angepasst werden. Gewonnene Messdaten können auch kurzfristig zur Überarbeitung eines mathematischen Modells dienen. Im Labor ist eine schrittweise und zügige Verfeinerung der mathematischen Modelle möglich.
Wenn Zustandsgrößen bzw. Funktionsparameter einer galvanischen Zelle nicht oder nur schwierig messbar sind, oder beispielsweise aus Kostengründen auf einzelne Messaufnehmer verzichten werden soll, so kann die Entwicklung eines Zustandsbeobachters dienlich sein. Ein entwickelter Zustandsbeobachter kann die gänzlich mathematische Beschreibung des Regelkreises aus den verschiedenen Regeleinrichtungen des Batteriemanagementsystems, den Sensoren und der betriebenen wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung leisten.If necessary, the operating conditions or the instrumentation (sensors) can be adapted in the short term to the findings gained in laboratory operation. Gained measurement data can also be used at short notice to revise a mathematical model. In the laboratory a gradual and rapid refinement of the mathematical models is possible. If state variables or functional parameters of a galvanic cell are difficult or impossible to measure, or if, for cost reasons for example, individual sensors are to be dispensed with, the development of a state observer can be beneficial. A sophisticated state observer can perform the fully mathematical description of the control loop from the various control devices of the battery management system, the sensors, and the powered rechargeable energy storage device.
Ein hinsichtlich des elektrischen und thermischen Verhaltens einer galvanischen Zelle, oder einer Anordnung solcher Zellen, mit Justierfaktoren entworfenes mathematisches Modell des Regelkreises wird mit der Vorhersage von Betriebszuständen beauftragt. Diese Simulation erfolgt rechnergestützt unter Verwendung bereits erfasster Messdaten. Zunächst wird der Zustandsbeobachter das Verhalten der Ausführungsform nur unzureichend vorhersagen und die Justierfaktoren des zugrundeliegende Modell anhand der festgestellten Differenz aus berechneter Modellvorhersage und tatsächlich gemessenem Parameter überarbeiten. Mit fortschreitender Anzahl der Vergleiche von Vorhersagen mit eingetretenen Zuständen wird sich das mathematische Modell immer näher an das Verhalten des realen Regelkreises annähern. Man kann schließlich ein eingeschwungenes und ausreichend genaues mathematischen Abbild der Vorgänge und ein Modell zur Vorhersage von Zuständen erhalten.A mathematical model of the control loop designed with regard to the electrical and thermal behavior of a galvanic cell, or of an arrangement of such cells, with adjusting factors is charged with the prediction of operating conditions. This simulation is computer-aided using already acquired measurement data. First, the state observer will not adequately predict the behavior of the embodiment and will rework the adjustment factors of the underlying model based on the established difference of calculated model prediction and actually measured parameter. As the number of comparisons of predictions with prevailing states progresses, the mathematical model will become closer and closer to the behavior of the real control loop. Finally, one can obtain a steady and sufficiently accurate mathematical representation of the processes and a model for the prediction of states.
Ausgehend von einer zunächst nahezu vollständigen Instrumentierung der galvanischen Zelle kann die Zahl der verwendeten Sensoren nach und nach reduziert werden. Solange das gemeinsame mathematische Modell des Regelkreises einschwingt, kann für einen nächsten Durchlauf ein weiterer Sensor entfernt werden. Es liegt im Ermessen des Fachmanns, wie weit er ein stabiles und redundantes Regelverhalten gegen Kosteneinsparung einhandeln möchte.
Ein Zustandsbeobachter kann in einem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem betrieben oder zunächst verfeinert und bei Wartungstätigkeiten abgefragt werden.Based on an initially almost complete instrumentation of the galvanic cell, the number of sensors used can be gradually reduced. As long as the common mathematical model of the control loop settles, another sensor can be removed for a next run. It is at the discretion of the expert how far he wants to negotiate a stable and redundant control behavior against cost savings. A condition observer can be operated in a battery management system according to the invention or initially refined and queried during maintenance activities.
Mit je einer weiteren Rechenvorschrift bestimmt die erste Steuerungseinrichtung aus ermittelten künftigen zeitlichen Verläufen von Funktionsparametern galvanischer Zellen deren künftig aufnehmbare elektrische Ladung und/oder entnehmbare elektrische Ladung und/oder die erreichbare höchste elektrische Spannung und mindeste elektrische Spannung. Somit wird eine Aussage über den weiteren Betrieb der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung möglich. Mit der Kenntnis der sich künftig einstellenden Funktionsparameter kann auch die fortschreitende Alterung der Energiespeichereinrichtung erkannt und eine wirtschaftliche Restlebensdauer vorhergesagt werden. Somit kann beispielsweise eine erforderliche Wartung signalisiert werden.The first control device determines the future recordable electrical charge and / or removable electrical charge and / or the achievable highest electrical voltage and minimum electrical voltage from determined future time profiles of functional parameters of galvanic cells, each with a further calculation rule. Thus, a statement about the further operation of the rechargeable energy storage device is possible. With the knowledge of the future adjusting function parameters, the progressive aging of the energy storage device can be recognized and an economic residual life can be predicted. Thus, for example, a required maintenance can be signaled.
Eine genannte erste Steuerungseinrichtung ist für den Betrieb beispielsweise einer Reihenschaltung einiger galvanischer Zellen bestimmt. Zu ihrer Ergänzung kann die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung eine zweite Steuerungseinrichtung mit einer zugeordneten zweiten Speichereinheit aufweisen. Eine Aufgabe dieser zweiten Steuerungseinrichtung ist die Überwachung einer Energieversorgung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung. Beispielsweise kann eine zu hoheSaid first control device is intended for the operation of, for example, a series circuit of a few galvanic cells. To complement it, the control device according to the invention may have a second control device with an associated second memory unit. An object of this second control device is the monitoring of a power supply for operating the control device according to the invention. For example, too high a
Versorgungsspannung durch eine elektrische Schaltung der zweiten Speichereinheit begrenzt oder eine zu geringe Versorgungsspannung durch eine der zweiten Steuerungseinrichtung innewohnende Spannungspumpe oder dergleichen ausgeglichen werden.Supply voltage limited by an electrical circuit of the second memory unit or a too low supply voltage by a second control device inherent voltage pump or the like can be compensated.
Diese erste und diese zweite Steuerungseinrichtung sind miteinander signalverbunden, d. h. sie sind in der Lage, Signale und Daten auszutauschen. Dazu können elektrische Leitungen, optische Kabel oder auch eine drahtlose Verbindung dienen. Der Signalaustausch erfolgt in beiden Richtungen und dient
verschiedenen Zwecken. Ein erster regelmäßiger Austausch zwischen diesen beiden Steuerungseinrichtungen dient der Vergewisserung, dass die jeweils andere Steuerungseinrichtung einwandfrei arbeitet („erstes Lebenszeichen"). Dazu können regelmäßig oder unregelmäßig nach einem vorbestimmten Zeitplan vorgegebene Signale versendet und empfangen werden. Es ist aber auch möglich, der jeweils anderen Steuerungseinrichtung eine statische Größe zur Abfrage anzubieten. Auch können andere auf diesem Gebiet übliche Einrichtungen oder Verfahren diesen Zweck erfüllen. Durch diese gegenseitige Versicherung der ersten und der zweiten Steuerungseinrichtung wird signalisiert, dass eine Steuerungseinrichtung ein erwünschtes Verhalten des Partners mit hoher Wahrscheinlichkeit erwarten kann. Insbesondere der Einsatz einer wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung in Kraftfahrzeugen erfordert diese gegenseitige Versicherung. Es ist durchaus möglich, andere Arten der gegenseitigen Versicherung zu verwenden, beispielsweise durch vorgeschriebene Verfahren der Automobilindustrie.These first and second control devices are signal-connected with one another, ie they are able to exchange signals and data. These can be electrical lines, optical cables or even a wireless connection. The signal exchange takes place in both directions and serves different purposes. A first regular exchange between these two control devices serves to ensure that the respective other control device operates properly ("first sign of life") .This can be regularly and irregularly transmitted and received according to a predetermined schedule predetermined signals.However, it is also possible Other devices or methods common in this field may serve this purpose, and this mutual assurance of the first and second control means signals that a controller may expect a desired behavior of the partner with high probability. In particular, the use of a rechargeable energy storage device in motor vehicles requires this mutual insurance.It is quite possible to use other types of mutual insurance, beis For example, by prescribed procedures of the automotive industry.
Um den sicheren Betrieb einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit bzw. den ordnungsgemäßen Antrieb eines Kraftfahrzeugs sicherzustellen, ist die einwandfreie Funktion der beiden genannten Steuerungseinrichtungen erforderlich. Sollte dieses erste Lebenszeichen bei dem dafür bestimmten Empfänger nicht ordnungsgemäß eingehen, so ist von einer Fehlfunktion auszugehen. Die Steuerungseinrichtungen sind eingerichtet, bei Ausbleiben des ersten Lebenszeichens eine elektrische Schalteinrichtung zu betätigen. Durch Betätigung dieser elektrischen Schalteinrichtung wird eine unkontrollierte Entladung der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit verhindert. So kann durch Betätigen dieser elektrischen Schalteinrichtung beispielsweise dieIn order to ensure the safe operation of a rechargeable energy storage unit or the proper drive of a motor vehicle, the proper functioning of the two mentioned control devices is required. If this first sign of life does not arrive properly at the intended recipient, then a malfunction is to be assumed. The control devices are set up to actuate an electrical switching device in the absence of the first sign of life. By operating this electrical switching device uncontrolled discharge of the rechargeable energy storage unit is prevented. Thus, by pressing this electrical switching device, for example, the
Zuleitung zu dieser elektrischen Energiespeichereinheit unterbrochen werden.Lead to this electrical energy storage unit are interrupted.
Regelmäßig oder bei Bedarf sendet die erste Steuerungseinrichtung abhängig von gemessenen und ausgewerteten Funktionsparametern einer galvanischen Zelle dieser zweiten Steuerungseinrichtung vorgegebene Signale. Diese Signale
geben Aufschluss über erwünschte oder unerwünschte Werte zu physikalischen Größen, zu erwünschten oder unerwünschten zeitlichen Verläufen von Funktionsparametern oder auch über das Vorliegen bestimmter Betriebszustände oder Meldungen zu begonnenen oder beendeten Korrekturmaßnahmen oder Meldungen einer aktiven Software zur Bestätigung der einwandfreien Funktion. Diese zweite Steuerungseinrichtung nimmt diese Meldungen entgegen und speichert diese gemeinsam mit einer Zeitinformation in der zweiten Speichereinheit ab. Durch diese Einträge wird in der zweiten Speichereinheit ein Protokoll zu Ereignissen oder Feststellungen erzeugt.Regularly or as needed, the first control device sends predetermined signals depending on measured and evaluated functional parameters of a galvanic cell of this second control device. These signals provide information on desired or undesired values for physical quantities, on desired or undesired timing of functional parameters, or on the presence of certain operating conditions or messages on corrective actions begun or terminated or messages from an active software confirming proper operation. This second control device receives these messages and stores them together with a time information in the second memory unit. These entries create a log of events or determinations in the second memory unit.
Die zweite Steuerungseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie Inhalte einer ersten Speichereinheit lesen bzw. überschreiben kann. So ist die zweite Steuerungseinrichtung bei Bedarf in der Lage, Werte oder Verläufe zu Funktionsparametern oder ermittelter Abweichungen festzustellen oder abzufragen. Das dient etwa zur Unterstützung eines Diagnosevorgangs. Bei Bedarf ist die zweite Steuerungseinrichtung auch in der Lage, einer ersten Steuerungseinrichtung Zielwerte oder vorgegebene Verläufe von Funktionsparametern vorzugeben bzw. Vorgaben zu ändern. Das gilt auch für die Vorgabe von Grenzwerten, die vom jeweiligen Betriebszustand der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit abhängen können. Beispielsweise ist es sinnvoll, Lade- oder Entladeströme galvanischer Zellen abhängig von der Temperatur einer galvanischen Zelle zu begrenzen. Das kann der Vermeidung kumulierter Schäden und somit zur Lebensdauerverlängerung der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit dienen. Es kann auch nützlich sein, Mindest- oder Höchstspannungen von galvanischen Zellen vorzugeben. Beispielsweise hat im Winter ein Ladungswechsel galvanischer Zellen innerhalb engerer Grenzen zu erfolgen.The second control device is set up so that it can read or overwrite contents of a first memory unit. If necessary, the second control device is able to ascertain or query values or courses relating to function parameters or determined deviations. This is for example to support a diagnostic process. If required, the second control device is also able to specify target values or predetermined courses of function parameters for a first control device or to change specifications. This also applies to the specification of limit values which may depend on the respective operating state of the rechargeable energy storage unit. For example, it makes sense to limit charging or discharging currents of galvanic cells depending on the temperature of a galvanic cell. This can avoid cumulative damage and thus prolong the service life of the rechargeable energy storage unit. It may also be useful to specify minimum or maximum voltages of galvanic cells. For example, in the winter a charge change of galvanic cells must be made within narrower limits.
Für den Fall, dass die von einer ersten Steuerungseinrichtung eingeleiteten Maßnahmen zur Wiederherstellung der Einhaltung eines Zielwerts eines Funktionsparameters erfolglos bleiben, ist diese zweite Steuerungseinrichtung
zur Betätigung einer elektrischen Schalteinrichtung eingerichtet. Das dient der Erhöhung der Betriebssicherheit einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit, wenn beispielsweise eine erste Steuerungseinrichtung versagt. Insbesondere ein unmäßig hoher Entladestrom einer galvanischen Zelle oder ein plötzlicher Spannungsabfall einer galvanischen Zelle kann auf einen Defekt hinweisen. Vor solchen Defekten sind sowohl die wiederaufladbare Energiespeichereinheit als auch das versorgte Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs zu schützen. Beispielsweise kann diese zweite Steuerungseinheit eine Kühl- oder Löscheinrichtung zuschalten.In the event that the measures taken by a first control device to restore compliance with a target value of a function parameter remain unsuccessful, this second control device is set up for actuating an electrical switching device. This serves to increase the reliability of a rechargeable energy storage unit, for example, if a first control device fails. In particular, an excessively high discharge current of a galvanic cell or a sudden voltage drop of a galvanic cell may indicate a defect. Both the rechargeable energy storage unit and the powered drive unit of a motor vehicle must be protected from such defects. For example, this second control unit can switch on a cooling or extinguishing device.
Aufgrund von Herstellungs- oder betriebsbedingten Zwängen sind bestimmte Reihen- und/oder Parallelschaltungen von galvanischen Zellen wünschenswert. Dabei kann es nützlich sein, zunächst Pakete von galvanischen Zellen in Reihenschaltungen zur Erreichung einer gewünschten elektrischen Spannung zu bilden. Soll eine größere Ladung mitgeführt werden, so ist eine Parallelschaltung solcher Pakete sinnvoll. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist in der Lage, auch solche Anordnungen zu betreiben. Je nach Ausbildung der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit ist es vorteilhaft, dass eine zweite Steuerungseinrichtung mit mehreren ersten Steuerungseinrichtungen verbunden ist. Das ist insbesondere bei parallel geschalteten Gruppen von galvanischen Zellen zur Erhöhung der Kapazität bzw. der aufnehmbaren Ladung von Vorteil. Bei solch einer Anordnung der Steuerungseinrichtungen kann diese zweite Steuerungseinrichtung etwaig auftretende unterschiedliche Ladezustände zwischen den einzelnen Gruppen galvanischer Zellen, die von je einer ersten Steuerungseinrichtung überwacht werden, vornehmen. Diese Maßnahme kann dazu dienen, die Entnahme oder Speicherung von elektrischen Ladungen gleichmäßiger auf diese verschiedenen Gruppen galvanischer Zellen zu verteilen. Dieses Vorgehen kann die Lebensdauer der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit erhöhen.
Durch ihre herausgehobene Stellung ist eine zweite Steuerungseinrichtung in der Lage, zeitliche Verläufe mehrerer Funktionsparameter verschiedener galvanischer Zellen, die auch verschiedenen ersten Steuerungseinrichtungen zugeordnet sein können, zu vergleichen. Auch können diese ermittelten Verläufe mit global vorgegebenen Verläufen von Funktionsparametern, abgespeichert in dieser zweiten Speichereinheit, verglichen werden. Mit einer ebenfalls in dieser zweiten Speichereinheit abgespeicherten Rechenvorschrift ist die zweite Steuerungseinrichtung in der Lage, eine Änderung verfügbarer Kapazitäten galvanischer Zellen mit deren fortschreitender Lebensdauer festzustellen. Ein solcher globaler Funktionsparameter kann auch die über die gesamte wiederaufladbare Energiespeichereinheit messbare elektrische Spannung sein. Aus solchen globalen Funktionsparametern kann mit einer hinterlegten Rechenvorschrift eine sinnvolle Restlebensdauer der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit ermittelt werden.Due to manufacturing or operational constraints, certain series and / or parallel circuits of galvanic cells are desirable. It may be useful to first form packets of galvanic cells in series circuits to achieve a desired electrical voltage. If a larger charge to be carried, so a parallel connection of such packages makes sense. The control device according to the invention is able to operate such arrangements. Depending on the design of the rechargeable energy storage unit, it is advantageous that a second control device is connected to a plurality of first control devices. This is particularly advantageous in parallel groups of galvanic cells to increase the capacity or the recordable charge advantage. With such an arrangement of the control devices, this second control device can make any occurring different states of charge between the individual groups of galvanic cells, which are monitored by a respective first control device. This measure can serve to distribute the removal or storage of electrical charges more uniformly to these different groups of galvanic cells. This procedure can increase the life of the rechargeable energy storage unit. Due to its raised position, a second control device is able to compare time profiles of a plurality of functional parameters of different galvanic cells, which may also be associated with different first control devices. These ascertained profiles can also be compared with globally predefined progressions of functional parameters stored in this second memory unit. With a calculation rule also stored in this second memory unit, the second control device is able to detect a change in available capacitance of galvanic cells as their service life progresses. Such a global functional parameter may also be the electrical voltage measurable across the entire rechargeable energy storage unit. From such global functional parameters can be determined with a stored calculation rule a meaningful remaining life of the rechargeable energy storage unit.
Zur Durchführung einer geplanten oder ungeplanten Wartungstätigkeit kann diese zweite Steuerungseinrichtung mit einer externen Steuerung signalverbunden werden. Diese Signalverbindung kann, wie zuvor beschrieben, drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet sein. Diese zweite Steuerungseinrichtung und die externe Steuerung sind so eingerichtet, dass sie über die Signalverbindung vorgegebene Signale austauschen können. Weiterhin ist die zweite Steuerungseinrichtung so eingerichtet, dass sie der externen Steuerung Zugriff auf die zweite Speichereinheit etwa zur Einsicht angelegter Protokolle gewähren kann. Auch kann die zweite Steuerungseinrichtung die Inhalte der ihr zugeordneten zweiten Speichereinheit nach Maßgabe der externen Steuerung überschreiben. So können Rechenvorschriften, neueTo carry out a planned or unplanned maintenance activity, this second control device can be signal-connected to an external controller. This signal connection can, as described above, be wired or wireless. This second control device and the external control are set up so that they can exchange predetermined signals via the signal connection. Furthermore, the second control device is set up in such a way that it can grant the external control access to the second memory unit, for instance for viewing logs. The second control device can also overwrite the contents of the second memory unit assigned to it in accordance with the external control. So can computing rules, new
Vorgaben für Funktionsparameter oder deren Verläufe sowie andere hinterlegte Speicherinhalte überschrieben werden. Zur Absicherung dieser Speicherinhalte ist es erforderlich, dass diese externe Steuerung sich gegenüber der zweiten Steuerungseinrichtung als befugt zu erkennen gibt. Hier ist die Übermittlung
bzw. Abfrage von Sicherheitscodes üblich. Aus Gründen der Sicherheit ist eine drahtgebundene Signalverbindung zu bevorzugen.Defaults for function parameters or their progressions as well as other stored memory contents are overwritten. In order to secure this memory contents, it is necessary for this external controller to be recognized as authorized with respect to the second control device. Here is the transmission or retrieval of security codes usual. For safety reasons, a wired signal connection is preferable.
Eine zweite Steuerungseinrichtung ist in der Lage, die Gruppen galvanischer Zellen, die jeweils einer ersten Steuerungseinrichtung zugeordnet sind, nach Bedarf und Zustand dieser Gruppen neu anzuordnen. So können bestehende Reihen- und/oder Parallelschaltungen solcher Gruppen galvanischer Zellen mit Hilfe einer geeigneten Schalteinrichtung geändert werden. Das kann während des Betriebs dieser wiederaufladbaren Energiespeichereinheit erforderlich werden, wenn beispielsweise einzelne erste Steuerungseinrichtungen abgeschaltet wurden. Durch eine geeignete Verschaltung dieser Gruppen galvanischer Zellen kann bei verringerter Kapazität dennoch die gewünschte Globalspannung sichergestellt werden. Dazu steuert diese zweite Steuerungseinrichtung eine elektrische Schalteinrichtung an. Somit kann der Antrieb eines Kraftfahrzeugs zwar über einen kürzeren Zeitraum, aber dennoch mit der erforderlichen elektrischen Spannung versorgt werden.A second control device is able to rearrange the groups of galvanic cells, which are each assigned to a first control device, according to the requirements and status of these groups. Thus, existing series and / or parallel circuits of such groups of galvanic cells can be changed by means of a suitable switching device. This may become necessary during the operation of this rechargeable energy storage unit, for example, if individual first control devices have been switched off. By a suitable interconnection of these groups of galvanic cells can still be ensured with reduced capacity, the desired global voltage. For this purpose, this second control device controls an electrical switching device. Thus, the drive of a motor vehicle, although over a shorter period, but still be supplied with the required electrical voltage.
Diese zweite Steuerungseinrichtung ist beispielsweise bei Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einer weiteren Steuerung signalverbunden, wobei diese weitere Steuerung dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Die zweite Steuerungseinrichtung und die weitere Steuerung können über die Signalverbindung der jeweils anderen Steuerungseinrichtung bzw. Steuerung Signale übermitteln und auch von dieser empfangen. Abhängig von einem gemessenen oder einem ausgewerteten Funktionsparameter einer oder mehrerer galvanischen Zellen kann diese zweite Steuerungseinrichtung dieser weiteren Steuerung vorgegebene Signale senden. Diese vorgegebenen Signale informieren die weitere Steuerung über den Betriebszustand der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit.This second control device is signal-connected, for example, when used in a motor vehicle with another controller, this further control is associated with the motor vehicle. The second control device and the further control can transmit signals via the signal connection of the respective other control device or control and also receive them. Depending on a measured or an evaluated functional parameter of one or more galvanic cells, this second control device can send predetermined signals to this further control. These predetermined signals inform the further control of the operating state of the rechargeable energy storage unit.
Diese zweite Steuerungseinrichtung und die weitere Steuerung können innerhalb des Kraftfahrzeugs über einen beliebigen Kommunikationsbus verbunden sein.
Somit wird den unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Kraftfahrzeughersteller Rechnung getragen. Beispielsweise kann dieser Kommunikationsbus als CAN-bus ausgebildet sein.This second control device and the further control can be connected within the motor vehicle via any communication bus. Thus, the different requirements of the various motor vehicle manufacturers is taken into account. For example, this communication bus can be designed as a CAN bus.
Über diese Signalverbindung tauschen die zweite Steuerungseinrichtung und diese signalverbundene weitere Steuerung wenigstens zeitweise regelmäßig oder unregelmäßig ein vorgegebenes Signal aus. Dieses dient zur Vergewisserung des Empfängers, dass der Sender einwandfrei arbeitet. Dieses Signal wird zweites Lebenszeichen genannt.By means of this signal connection, the second control device and this signal-connected further control exchange a predetermined signal, at least occasionally, regularly or irregularly. This is to make sure the receiver that the transmitter is working properly. This signal is called a second sign of life.
Bei Ausbleiben dieses zweiten Lebenszeichens können diese zweite Steuerungseinrichtung oder diese weitere Steuerung eine elektrische Schalteinrichtung betätigen, wobei diese Betätigung abhängig vom Betriebszustand dieses Kraftfahrzeugs ist. Diese Merkmale dienen der Erhöhung der Betriebssicherheit der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit und versetzten die ordnungsgemäß arbeitende zweite Steuerungseinrichtung oder diese weitere Steuerung in die Lage, eine gegebenenfalls unkontrollierte Entladung der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit zu unterbinden. Dazu stehen wie zuvor verschiedene abgestufte Maßnahmen zur Verfügung, wobei auch eine Unterbrechung der Zuleitungen zur wiederaufladbaren Energiespeichereinheit herbeigeführt werden kann. Als weitere Einflussgröße für die Ergreifung dieser Maßnahmen dient der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Im Ruhezustand des Kraftfahrzeugs kann auf die Ergreifung dieser Maßnahmen durch die zweite Steuerungseinrichtung unter Umständen verzichtet werden. Das ist dann der Fall, wenn ein der wiederaufladbaren Energiespeichereinheit entnommener Strom einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs und bei funktionsfähiger weiterer Steuerung, kann eine Betätigung einer Schalteinrichtung ggf. unterbleiben. Dieses Verhalten kann nicht allgemeingültig vorgegeben werden und wird auch durch den Anwender oder Hersteller des Kraftfahrzeugs mitbestimmt.
In besonderen Fällen, beispielsweise während eines Autounfalls oder unmittelbar anschließend, kann diese weitere Steuerung dieser zweiten Steuerungseinrichtung ein vorgegebenes Signal senden, welches diese zweite Steuerungseinrichtung über einen eingetretenen Notfall informiert. Nach Empfang dieses Notfallsignals betätigt diese zweite Steuerungseinrichtung eine elektrische Schalteinrichtung zur Unterbrechung der Zuleitungen zur wiederaufladbaren Energiespeichereinheit oder mit wenigstens einer anderen Folge nach Maßgabe des Anwenders oder des Herstellers des Kraftfahrzeugs.In the absence of this second sign of life, this second control device or this further control actuate an electrical switching device, this operation is dependent on the operating state of this motor vehicle. These features serve to increase the operational reliability of the rechargeable energy storage unit and enable the properly operating second control device or this further control in a position to prevent an optionally uncontrolled discharge of the rechargeable energy storage unit. For this purpose, as before, various graduated measures are available, whereby an interruption of the supply lines to the rechargeable energy storage unit can be brought about. As a further influencing factor for the seizure of these measures is the operating state of the motor vehicle. When the motor vehicle is at rest, it may be possible to dispense with the seizure of these measures by the second control device. This is the case when a current drawn from the rechargeable energy storage unit does not exceed a predetermined value. In the operating state of the motor vehicle and functional further control, actuation of a switching device may be omitted. This behavior can not be specified universally and is also determined by the user or manufacturer of the motor vehicle. In special cases, for example during a car accident or immediately afterwards, this further control of this second control device can send a predetermined signal, which informs this second control device of an emergency that has occurred. After receiving this emergency signal, this second control device actuates an electrical switching device for interrupting the supply lines to the rechargeable energy storage unit or with at least one other sequence in accordance with the user or the manufacturer of the motor vehicle.
Diese erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann für den Betrieb von wiederaufladbaren Energiespeichereinheit nach verschiedenen Bauarten verwendet werden. Vorteilhaft wird diese Steuerungseinrichtung für wiederaufladbare Energiespeichereinheiten verwendet, die über eine hohe Leistungsdichte verfügen und deren Lebensdauer durch die Sicherstellung des Betriebs innerhalb vorgegebener Grenzen merklich erhöht wird. Das ist insbesondere bei wiederaufladbaren Energiespeichereinheiten der Fall, bei denen der Elektrolyt der die wiederaufladbare elektrische Energiespeichereinheit bildenden galvanischen Zellen geeignete elektrische Ladungsträger aufweist. Diese elektrischen Ladungsträger dienen dazu, die Zellspannung gegenüber wiederaufladbaren Energiespeichereinheiten mit geringer Leistungsdichte zu erhöhen. Das trifft beispielsweise auf wiederaufladbare Energiespeichereinheiten zu, welche Lithium-Ionen als elektrische Ladungsträger verwenden.This control device according to the invention can be used for the operation of rechargeable energy storage unit according to various types. Advantageously, this control device is used for rechargeable energy storage units, which have a high power density and their life is significantly increased by ensuring the operation within predetermined limits. This is the case, in particular, in the case of rechargeable energy storage units in which the electrolyte of the electrochemical cells forming the rechargeable electrical energy storage unit has suitable electrical charge carriers. These electrical charge carriers serve to increase the cell voltage compared to rechargeable energy storage units with low power density. This applies, for example, to rechargeable energy storage units which use lithium ions as electrical charge carriers.
Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung wird so betrieben, dass deren erste Steuerungseinrichtung die vorhandenen Messeinrichtungen zur Erfassung von Werten zu Funktionsparametern steuert. In der Praxis werden nahezu zeitgleich eine Vielzahl von Funktionsparametern einer galvanischen Zelle mit einem Erfassungstakt von einigen kHz erfasst und in einem Zwischenspeicher abgespeichert. Diese erste Steuerungseinrichtung steuert ebenfalls die vorhandenen Auswerteeinrichtungen. Unter Verwendung von Rechenvorschriften werden die Daten des Zwischenspeichers von den
vorhandenen Auswerteeinrichtungen gefiltert, in zum Vergleich geeignete Größen umgerechnet oder anderweitig aufbereitet. Sich nur langsam ändernde Funktionsparameter werden beispielsweise zeitlich verdichtet. Diese erste Steuerungseinrichtung steuert auch das Abspeichern der aufbereiteten Daten in dieser ersten Speichereinheit und fügt jeweils Zeitinformationen hinzu. Auf diese Weise entsteht in dieser ersten Speichereinheit ein Verlaufsprotokoll zu den verschiedenen Funktionsparametern der angeschlossenen galvanischen Zellen.The control device according to the invention is operated in such a way that its first control device controls the existing measuring devices for detecting values for functional parameters. In practice, a plurality of functional parameters of a galvanic cell are detected almost simultaneously with a detection clock of a few kHz and stored in a buffer. This first control device also controls the existing evaluation devices. Using computational rules, the data of the cache is stored by the Filtered existing evaluation, converted into suitable sizes for comparison or otherwise processed. For example, only slowly changing function parameters are compressed in time. This first control device also controls the storage of the edited data in this first storage unit and adds time information in each case. In this way, a history log of the various functional parameters of the connected galvanic cells is created in this first memory unit.
Aus den in dieser ersten Speichereinheit abgespeicherten Werten zu einem Funktionsparameter bestimmt diese erste Steuerungseinrichtung unterFrom the values stored in this first memory unit to a functional parameter, this first control device determines
Verwendung einer Rechenvorschrift die künftige zeitliche Veränderungen der Werte dieses Funktionsparameters. Im Vergleich mit einem vorgegebenen Verlauf zu diesem Funktionsparameter ermittelt diese erste Steuerungseinheit ggf. Abweichungen, die sich mit fortschreitendem Alter der zugehörigen galvanischen Zelle zunehmend vergrößern. Das betrifft beispielsweise den Zusammenhang zwischen einerseits aufgebrachter Ladung als Produkt aus Ladestrom und Ladedauer und andererseits der erreichten elektrischen Spannung der Zelle. Mit zunehmendem Alter der Zelle wird bei unverändertem Ladevorgang eine geringere elektrische Spannung erreicht. Bei Unterschreiten einer zu erreichenden mindesten elektrischen Spannung oder Ladung kann ein elektrischer Antrieb nicht mehr ordentlich versorgt werden und die betreffende Zelle ist zu wechseln. Mit Einführung verschiedener Grenzwerte bzgl. der zu erreichenden mindesten elektrischen Spannung erkennt diese erste Steuerungseinheit bereits den nahenden Ausfall der betroffenen Zelle und kann diesen dieser zweiten Steuerungseinrichtung mitteilen.Using a calculation rule, the future temporal changes of the values of this function parameter. In comparison with a predefined course to this functional parameter, this first control unit determines, if necessary, deviations which increasingly increase with advancing age of the associated galvanic cell. This applies, for example, the relationship between the charge applied as a product of charge current and charging time and on the other hand, the achieved electrical voltage of the cell. With increasing age of the cell a lower electrical voltage is achieved with unchanged charging. When falling below a minimum to be reached electrical voltage or charge an electric drive can not be properly supplied and the cell in question is to change. With the introduction of various limit values with regard to the minimum electrical voltage to be achieved, this first control unit already detects the approaching failure of the affected cell and can notify it of this second control device.
Diese zweite Steuerungseinrichtung und die damit verbundenen ersten Steuerungseinrichtungen sind erfindungsgemäß zum gegenseitigen Austausch von Signalen eingerichtet. Regelmäßig oder bei Bedarf sendet einer erste Sieuerungseinheit dieser zweiten Steuerungseinheit vorgegebene Signale. Das
sind beispielsweise Meldungen über aufgetretene Abweichungen von Funktionsparametern, dazu eingeleitete Maßnahmen und deren Erfolg, Fortschrittsmeldungen einer Software und/oder deren Fehlermeldungen. Auf diese Weise wird dieser zweite Steuerungseinheit ein Überblick über den Zustand sämtlicher galvanischer Zellen der betriebenen wiederaufladbarenThis second control device and the associated first control devices are set up according to the invention for the mutual exchange of signals. Regularly or as needed sends a first unit of this second control unit given signals. The are, for example, messages about occurred deviations of functional parameters, measures introduced and their success, progress reports of a software and / or their error messages. In this way, this second control unit is an overview of the state of all galvanic cells of the operated rechargeable
Energiespeichereinrichtung ermöglicht. Diese zweite Steuerungseinheit fertigt somit ein Sammelprotokoll mit Zeitbezügen an, welches bei Bedarf anderen Empfängern mitgeteilt wird. Dadurch wird eine gewisse Datenredundanz geschaffen. Weiterhin gestattet der Überblick auch weitergehende Auswertungen, welche für Diagnosevorgänge auch nach Ausfällen einzelner Gruppen, bestehend aus je einer ersten Steuerungseinrichtung und deren galvanischen Zellen, von Belang sein können.Energy storage device allows. This second control unit thus produces a collection protocol with time references, which is communicated to other recipients when needed. This creates some data redundancy. Furthermore, the overview also allows more extensive evaluations, which may be of relevance for diagnostic procedures even after failure of individual groups, each consisting of a first control device and its galvanic cells.
In umgekehrter Richtung hat eine zweite Steuerungseinrichtung Zugriff auf die vorhandenen ersten Speichereinheiten. Dieser Zugriff dient etwa der Abfrage darin gespeicherter Zielwerte, vorgegebener Verläufe von Funktionsparametern oder deren Änderung durch Überschreiben der Speicherinhalte. Dieser Zugriff wird auch zur Anpassung der Betriebsprofile, beispielsweise von Ladestromverläufen, an geänderte Randbedingungen wie beispielsweise Außentemperaturen oder fortschreitende Alterung der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung verwendet. Auf diese Weise kann eine zweite Steuerungseinrichtung auch Rechenvorschriften in vorhandenen ersten Speichereinrichtungen ersetzen, beispielsweise im Zuge von Wartungsarbeiten oder Aktualisierungen der Software. Dieses Vorgehen ist an Stelle dieser zweiten Steuerungseinrichtung auch einer zeitweise signalverbunden externen Steuerung, beispielsweise einer Diagnosevorrichtung oder einem Ladegerät, möglich.In the reverse direction, a second controller has access to the existing first storage units. This access is used, for example, to query the target values stored therein, specified courses of function parameters or their modification by overwriting the memory contents. This access is also used to adapt the operating profiles, for example charging current characteristics, to changed boundary conditions such as, for example, outside temperatures or progressive aging of the rechargeable energy storage device. In this way, a second control device can also replace computation instructions in existing first storage devices, for example in the course of maintenance work or updates of the software. This procedure is in place of this second control device and a temporally signal-connected external control, such as a diagnostic device or a charger, possible.
Eine Gruppe, bestehend aus einer ersten Steuerungseinrichtung und deren galvanischen Zellen, kann ausfallen, weil beispielsweise die ablaufende Software dieser ersten Steuerungseinrichtung nicht mehr ordentlich arbeitet oder
sich wenigstens eine der angeschlossenen galvanischen Zellen unerwünscht verhält und die Gruppe deswegen abgeschaltet wurde. In diesem Fall kann die bestehende Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung der Gruppen der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung bzgl. der elektrischen Spannung in Ungleichgewicht geraten, etwa weil eine Reihenschaltung von Gruppen wegen einer ausgefallenen Gruppe nicht mehr die erforderliche elektrische Spannung liefern kann. Mit Hilfe einer Schalteinrichtung und unter Verwendung einer Rechenvorschrift stellt diese zweite Steuerungseinrichtung, ggf. auch während des Gebrauchs des betriebenen Kraftfahrzeugs, eine andere Reihen- und/oder Parallelschaltung der Gruppen zur Lieferung der erforderlichen elektrischen Spannung her. Dabei werden ggf. weitere Gruppen abgeschaltet oder durch Unterbrechen der Zuleitungen elektrisch isoliert. Somit ist bei insgesamt verringerter Kapazität der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung ein Betrieb eines elektrischen Antriebs mit ebenfalls verringerter Reichweite eines angetriebenen Kraftfahrzeugs möglich.A group consisting of a first control device and its galvanic cells can fail because, for example, the running software of this first control device is no longer working properly or At least one of the connected galvanic cells behaves undesirable and the group was therefore turned off. In this case, the existing combination of parallel and series connection of the groups of rechargeable energy storage device with respect to the electrical voltage can get in imbalance, for example because a series connection of groups because of a failed group can no longer provide the required electrical voltage. With the aid of a switching device and using a calculation rule, this second control device, possibly also during the use of the operated motor vehicle, produces a different series and / or parallel connection of the groups for supplying the required electrical voltage. If necessary, further groups are switched off or electrically isolated by interrupting the supply lines. Thus, with an overall reduced capacity of the rechargeable energy storage device operation of an electric drive with also reduced range of a driven motor vehicle is possible.
Eine unkontrollierte Entladung der wiederaufladbarenAn uncontrolled discharge of the rechargeable
Energiespeichereinrichtung ist auch je nach Betriebszustand des angetriebenen Kraftfahrzeugs unerwünscht. Beispielsweise unmittelbar im Anschluss an eine übermäßige Beschleunigung der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung ist deren weitere und/oder unkontrollierte Entladung zu vermeiden. In solch einer Situation sendet diese weitere Steuerung ein vorgegebenes Signal, welches diese zweite Steuerungseinrichtung als Hinweis auf einen Notfall empfängt und versteht. Diese zweite Steuerungseinrichtung trennt danach die Zuleitungen zu dieser Energiespeichereinrichtung oder betätigt eine Schalteinrichtung zur Verhinderung einer unkontrollierten Entladung.Energy storage device is also undesirable depending on the operating state of the driven motor vehicle. For example, immediately after an excessive acceleration of the rechargeable energy storage device whose further and / or uncontrolled discharge is to be avoided. In such a situation, this further control sends a predetermined signal, which receives and understands this second control device as an indication of an emergency. This second control device then separates the leads to this energy storage device or actuates a switching device to prevent uncontrolled discharge.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Funktionen der ersten und zweiten Speichereinheiten in einer einzelnen Speichereinheit vereint. Dieser einzelnen Speichereinheit ist bei Bedarf eine weitere Speichereinheit zugeordnet, welche
wenigstens zeitweise einen Teil des Speicherinhalts dieser einzelnen Speichereinheit liest und abspeichert.In another embodiment, the functions of the first and second storage units are combined in a single storage unit. This single storage unit is assigned, if necessary, a further storage unit, which at least temporarily reads and stores part of the memory contents of this single memory unit.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Funktionen dieser zweiten Steuerungseinrichtung von einer ersten Steuerungseinrichtung erfüllt. Es liegt dann keine separate zweite Steuerungseinrichtung vor.In a further embodiment, the functions of this second control device are fulfilled by a first control device. There is then no separate second control device.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Funktionen dieser zweite Steuerungseinrichtung zusätzlich von einer ersten Steuerungseinrichtung erfüllbar, wobei diese erste Steuerungseinrichtung diese Funktionen erst nach Ausfall dieser zweiten Steuerungseinrichtung versieht.In a further embodiment, the functions of this second control device can additionally be fulfilled by a first control device, wherein this first control device provides these functions only after failure of this second control device.
A u s f ü h r u n g s b e i s p i e lA u s u s p e s e p i e s
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. It shows:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer ersten Steuerungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung mit weiteren Einrichtungen;1 shows a block diagram of a first control device of the control device with further devices;
Fig. 2 Ein Blockschaltbild einer zweiten Steuerungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung mit weiteren Einrichtungen;FIG. 2 shows a block diagram of a second control device of the control device with further devices; FIG.
Fig. 3 Eine Steuerungsvorrichtung für eine wiederaufladbareFig. 3 shows a control device for a rechargeable
Energiespeichereinrichtung mit erhöhter Kapazität, hier bestehend aus zwei parallelgeschalteten Gruppen galvanischer Zellen.Energy storage device with increased capacity, consisting here of two parallel groups of galvanic cells.
Fig. 1 zeigt eine erste Steuerungseinrichtung (2) der erfindungsgemäßen Steusruπgssiπrächtung (1). Diese ist über eine Verhindungseinrichtung (7) und
jeweilige Schalteinrichtungen (25) mit den einzelnen galvanischen Zellen (6) der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung (27) verbunden. An eine erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) ist neben dieser ersten Steuerungseinrichtung (2) auch wenigstens eine Messeinrichtung (3) verbunden. Die beiden dargestellten Messeinrichtungen (3) dienen der Erfassung der elektrischen Spannung einer galvanischen Zelle (6) sowie deren Temperatur. Ebenfalls an diese erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) ist die Auswerteeinrichtung (4) angeschlossen, welche die erfassten Werte zu den verschiedenen Funktionsparametern, wie zuvor beschrieben, zur Weiterverarbeitung umwandelt und aufbereitet. Diese ersteFig. 1 shows a first control device (2) of Steusruπgssiπrächtung invention (1). This is about a Verhindungseinrichtung (7) and respective switching means (25) connected to the individual galvanic cells (6) of the rechargeable energy storage device (27). At least one measuring device (3) is connected to a first number of connecting lines (30) in addition to this first control device (2). The two illustrated measuring devices (3) are used to detect the electrical voltage of a galvanic cell (6) and their temperature. Also connected to this first number of connecting lines (30) is the evaluation device (4), which converts and processes the detected values for the various functional parameters, as described above, for further processing. This first
Steuerungseinrichtung (2) speichert die aufbereiteten Werte gemeinsam mit einer Zeitinformation in einer ersten Speichereinheit (5) ab. Ebenfalls an die erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) angeschlossen ist eine Ladezustandsausgleicheinrichtung (8) zum Ausgleich verschiedener Ladezustände der angeschlossenen galvanischen Zellen (6). Nicht dargestellt ist ein elektrischer Widerstand, über den bei Bedarf eine galvanische Zelle (6) entladen werden kann. Das ist insbesondere erforderlich, wenn eine einzelne galvanische Zelle (6) aus beispielsweise einer Reihenschaltung galvanischer Zellen (6) eine höhere elektrische Spannung als die übrigen Zellen aufweist. Dieser nicht dargestellte elektrische Widerstand wird über dieControl device (2) stores the processed values together with time information in a first memory unit (5). Also connected to the first number of connecting lines (30) is a state of charge compensation device (8) for compensating different states of charge of the connected galvanic cells (6). Not shown is an electrical resistance, over which, if necessary, a galvanic cell (6) can be discharged. This is particularly necessary when a single galvanic cell (6) of, for example, a series circuit of galvanic cells (6) has a higher electrical voltage than the remaining cells. This electrical resistance, not shown above the
Verbindungseinrichtung (7) der jeweiligen galvanischen Zelle (6) von der Ladezustandsausgleicheinrichtung (8) zugeschaltet. Ein erste Schnittstelle^) verbindet die erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) mit einer zweiten Steuerungseinrichtung (11). Über einen Regelbaustein (10) werden die genannten elektronischen Baugruppen mit Energie versorgt. Ebenfalls dargestellt ist der elektrische Antrieb (23) des Kraftfahrzeugs, der über einen Regler (28) und eine elektrische Schalteinrichtung (22) mit der Verbindungseinrichtung (7) verbunden ist. Bei geschlossener Schalteinrichtung (22) und entsprechender Anweisung von dieser ersten Steuerungseinrichtung (2) wird der elektrische Antrieb (23) mit elektrischer Energie aus der wiederaufladbaren Energiespeichereinrichtung (27) versorgt. Ebenfalls dargesteiit ist eine erste Steuerieiiung (24), über weiche die erste
Steuerungseinrichtung (2) eine Schalteinrichtung (22) öffnen und somit die Versorgung des elektrischen Antriebs (23) unterbrechen kann. Das Öffnen des Schalters (22) stellt gewissermaßen die letzte der der ersten Steuerungseinrichtung (2) zur Verfügung stehenden Maßnahmen zur Vermeidung von Schäden durch beispielsweise unkontrollierte Entladung einer galvanischen Zelle (6) dar. Zuvor würde über eine Steuerleitung (26) eine Schalteinrichtung (25) geöffnet, welche eine einzelne galvanische Zelle (6) von der Verbindungseinrichtung (7) trennen würde.Connection device (7) of the respective galvanic cell (6) of the state of charge compensation device (8) switched on. A first interface ^) connects the first number of connection lines (30) to a second control device (11). About a control block (10), the said electronic modules are supplied with energy. Also shown is the electric drive (23) of the motor vehicle, which is connected via a controller (28) and an electrical switching device (22) with the connecting device (7). With closed switching device (22) and appropriate instruction from this first control device (2), the electric drive (23) is supplied with electrical energy from the rechargeable energy storage device (27). Also shown is a first control (24) via which the first Control device (2) open a switching device (22) and thus can interrupt the supply of the electric drive (23). The opening of the switch (22) effectively represents the last of the measures available to the first control device (2) to avoid damage by, for example, uncontrolled discharge of a galvanic cell (6). Previously, a switching device (25) would be connected via a control line (26) ), which would separate a single galvanic cell (6) from the connector (7).
Fig. 2 zeigt eine zweite Steuerungseinrichtung (11) der Steuerungsvorrichtung (1). Diese ist über eine zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31) mit den nachfolgenden Einrichtungen verbunden. Wie zuvor genannt ist diese zweite Steuerungseinrichtung (11) über die erste Schnittstelle (9) an diese erste Anzahl von Verbindungsleitungen (30) angeschlossen, welche wiederum mit den drei dargestellten ersten Steuerungseinrichtungen (2) verbunden ist. Über eine Regeleinrichtung (21) werden die jeweiligen Gruppen, repräsentiert durch die jeweils erste Steuerungseinrichtung (2), mit elektrischer Energie aus der Spannungsquelle (19) versorgt. Exemplarisch dargestellt ist eine Steuerleitung (12) zu verschiedenen Schalteinrichtungen. Der Erfassungsbaustein (13) dient der Messung verschiedener Ströme, wobei diese Messeinrichtung je nach Bedarf über eine Schalteinrichtung (nicht dargestellt) in verschiedeneFig. 2 shows a second control device (11) of the control device (1). This is connected via a second number of connecting lines (31) with the following devices. As mentioned above, this second control device (11) is connected via the first interface (9) to this first number of connecting lines (30), which in turn is connected to the three illustrated first control devices (2). Via a control device (21), the respective groups, represented by the respectively first control device (2), are supplied with electrical energy from the voltage source (19). Illustrated by way of example is a control line (12) to various switching devices. The detection module (13) is used to measure various currents, said measuring device as needed via a switching device (not shown) in different
Stromkreise geschaltet werden kann. An den Anzahl von Verbindungsleitungen (31) ist auch eine Echtzeituhr (14) angeschlossen. Diese dient zur Lieferung einer Zeitinformation, wenn beispielsweise ein Wert oder eine Meldung zu einem Ereignis in einer Speichereinheit abgespeichert werden soll. An die zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31) ist ein zweiter Speicherbaustein (15) angeschlossen, in der diese zweite Steuerungseinrichtung (11) ein Sammelverlaufsprotokoll anlegt. Ein weiterer Speicherbaustein (16) dient in dieser Ausführungsform zur Abspeicherung von Software, die für den Betrieb dieser zweiten Steuerungseinrichtung (11) erforderlich ist. Ebenso können Inhalte der Speicherbausteine (15, 16) auch in einem einzelnen
Speicherbaustein abgespeichert sein. Ebenfalls dargestellt sind zwei weitere Schnittstellen (17, 20), welche dieser zweiten Steuerungseinrichtung (11) den Signalaustausch mit einer vorgenannten weiteren Steuerung, die dem Kfz zugeordnet ist, sowie zeitweise einer externen Steuerung, beispielsweise der eines Diagnosegeräts, gestatten.Circuits can be switched. On the number of connecting lines (31) is also a real-time clock (14) is connected. This serves to provide time information, for example, when a value or a message about an event is to be stored in a memory unit. To the second number of connecting lines (31), a second memory module (15) is connected, in which this second control device (11) applies a Sammelverlaufsprotokoll. Another memory module (16) is used in this embodiment for storing software that is required for the operation of this second control device (11). Likewise, contents of the memory modules (15, 16) can also be used in a single Memory module to be stored. Also shown are two further interfaces (17, 20), which this second control device (11) the signal exchange with an aforementioned further control, which is assigned to the vehicle, as well as temporarily allow an external control, such as a diagnostic device.
Fig. 3 zeigt eine Steuerungsvorrichtung (1) für eine wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung, welche aus als Beispiel zwei Gruppen besteht. Eine solche Gruppe besteht aus je einer ersten Steuerungseinrichtung (2) sowie die je einer angeschlossenen Reihenschaltung von vier galvanischen Zellen (6) sowie einigen weiteren Bausteinen, die hier nicht dargestellt sind. Zwei solche wiederaufladbare Energiespeichereinrichtung (27) sind mit Hilfe der zweier Zuleitungen (32, 33) parallel geschaltet. Es ist jedoch durchaus möglich, eine weit größere Anzahl von Energiespeichereinrichtungen (27) parallel oder auch in Reihe zu schalten. Teil der ersten Anzahl von Verbindungsleitungen (30) ist eine Steuerleitung (34), über welche der Regler (28) gesteuert wird. Ebenfalls dargestellt ist die zweite Anzahl von Verbindungsleitungen (31), welche über eine Schnittstelle (17) den Signalaustausch mit einer weiteren Steuerung, hier des Kraftfahrzeugs, gestattet.
Fig. 3 shows a control device (1) for a rechargeable energy storage device, which consists of two groups as an example. Such a group consists in each case of a first control device (2) and each one connected series circuit of four galvanic cells (6) and some other components that are not shown here. Two such rechargeable energy storage device (27) are connected in parallel by means of two supply lines (32, 33). However, it is quite possible to connect a much larger number of energy storage devices (27) in parallel or in series. Part of the first number of connecting lines (30) is a control line (34), via which the controller (28) is controlled. Also shown is the second number of connecting lines (31), which via an interface (17) allows the signal exchange with another controller, here the motor vehicle.