WO2013124110A1 - Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein verfahren zum übertragen von batteriesensordaten - Google Patents

Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein verfahren zum übertragen von batteriesensordaten Download PDF

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WO2013124110A1
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WO
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battery
data transmission
battery cell
transmission unit
unit
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PCT/EP2013/051221
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Axel Wenzler
Berthold Elbracht
Reiner Schnitzer
Werner Schiemann
Fabian Henrici
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery sensor data transmission unit, to a method for transmitting battery sensor data and to a corresponding computer program product according to the main claims.
  • DE 10 2009 036 086 A1 discloses a monitoring electronics for a battery having a plurality of cells, wherein the monitoring electronics comprises a plurality of cell monitoring circuits, which are attached to a flexible board.
  • the monitoring electronics may be arranged such that it has a cell monitoring circuit for each cell pole of the battery.
  • the provision of as many cohesive connections between an electronic system and the flexible plane tree and / or the flexible board with the cells and optional ones may also be desirable Temperature sensors allow increased life with low error rates.
  • the present invention provides a battery sensor data transmission unit having the following feature:
  • a data transmission unit which is designed to output a sensor signal, which represents a physical quantity in or on the battery cell, using a battery housing wall and / or a wall of a battery cell as a transmission medium to an evaluation device.
  • a (battery sensor data transmission) unit can be understood to mean a device or an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a data transmission unit can be understood to mean a device or a module in order to process a sensor signal and transmit it via a predetermined transmission path to an evaluation device.
  • a sensor signal can be understood to mean a signal that has a physical size, such as For example, represents a pressure or a temperature in or on the battery cell in question.
  • a battery cell may, for example, be understood as a subregion of a larger energy store in the form of a battery or a rechargeable battery.
  • the pomp of a battery housing wall can be understood, for example, as a container wall, wherein one or more battery cells are contained in this container.
  • An evaluation device can be understood to mean a device which is designed, for example, as an electronic device for executing electronic control commands or for data processing.
  • the evaluation device may be configured in the form of an electronic circuit or an integrated circuit.
  • the present invention is based on the recognition that in energy storage units such as a battery often a housing is used, which is for example electrically conductive and via which thus data such as the sensor signal can be transmitted.
  • energy storage units such as a battery often a housing is used, which is for example electrically conductive and via which thus data such as the sensor signal can be transmitted.
  • the Batteriesensordatalü- transmission unit or a corresponding method for transmitting battery sensor data can now be provided which the sensor signal on the most usable for signal transmission Housing wall amounts.
  • advantageously manufacturing costs for such a battery unit or a battery sensor data transmission unit can be reduced, wherein at the same time an available space can be optimally used.
  • the present invention further provides a method of transmitting battery sensor data, the method comprising the step of:
  • Battery housing wall and / or a wall of a battery cell as a transmission medium to an evaluation device As a transmission medium to an evaluation device.
  • a computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, if the computer program on a unit, a computer or a device is executed.
  • the data transmission unit may be configured to detect the sensor signal using a capacitive or inductive coupling between a battery cell and the battery
  • Battery housing wall to be transferred to the battery case wall offers the advantage that the battery giant data transmission unit can be galvanically separated from a battery housing wall, whereby a signal transmission can be realized even at different potential levels between the battery sensor data transmission unit and the battery housing wall or the wall of the battery cell. This allows a much less susceptible to interference signal transmission.
  • the data transmission unit may be configured to transmit the sensor signal to the battery case wall using an electrically conductive connection. Such an embodiment of the present invention provides the advantage of reliable transmission of electrical signals from the battery sensor data transfer unit to the evaluation device.
  • the data transmission unit can also be designed to transmit the sensor signal using a code that can be uniquely assigned to the battery cell. For example, each sensor signal using a different
  • Such an embodiment of the present invention has the advantage that in the signal transmission of sensor signal from multiple battery cells via a common battery housing wall in the evaluation device reliably the sensor signal from each individual battery sensor data transmission unit in the different battery cells can be extracted.
  • a VerschaltungsTechs/shim further provided for determining a Serienscroteungs- state, in which a battery cell is connected in series with another battery cell by means of a power transmission line and / or for determining a bridging state in which at least one pole of the battery cell not at least one further battery cell is connected in series and wherein the data transmission unit is designed to output the sensor signal in the lock-up state using a battery housing wall as a transmission medium to the evaluation device.
  • An interconnection state determination unit may be understood as a device or a module which is designed to determine a series circuit state and / or a bridging state in the case of an electrical coupling (or non-coupling) of a plurality of battery cells.
  • An energy transmission line can be understood as meaning an electrical line via which, in addition to a current flow for transmitting an electrical energy, a data signal can also be modulated.
  • a series circuit state can be understood to be a state in which one pole of a battery cell is electrically conductively connected in series with at least one pole of another battery cell as a power transmission line.
  • a bridging state can be understood as a state in which the pole of the battery cell is not connected to another pole of another battery cell, ie in which the pole of the battery cell is decoupled from another pole of another battery cell. If, on the other hand, a plurality of further battery cells are connected in series without the relevant battery cell being integrated in this series connection, the connection state determining unit determines the transmission state in which the relevant battery cell is electrically connected only to a subsidiary branch of the energy transmission line.
  • the voltage between two poles of the battery cell in question is not to increase the voltage between see the Endabgriffsklemmen used.
  • This predetermined transmission path may be selected by the data transmission unit depending on the determined series circuit state or the bypass state.
  • the sensor signal can be transmitted directly via the power transmission line. In this case, the sensor signal can be generated, for example, using a powerline transmission technique without the
  • the sensor signal can be transmitted using the battery housing wall other evaluation device .
  • This battery housing wall can be used in this case as an element to close an electrical line through the sub-branch, in which the battery cell in question is electrically arranged in the transmission state, to the evaluation device.
  • Such embodiments of the present invention are based on the recognition that with different interconnections of the individual battery cells for the provision of different voltage levels, a data transmission over the same line can take place, via which the electrical
  • the relevant battery cell which has been partially decoupled from the power transmission line, can be switched in a "separate" circuit, which is closed via a battery housing wall and thus enables transmission of the sensor signal to the evaluation device even in the transmission state simple and reliable way to evaluate a continuous and largely uninterrupted evaluation of one or more contained in one or more sensor signals physical kaiischen size (s).
  • connection state determination unit may be configured to determine the series connection state when poles of at least three battery cells are connected in series using the power transmission line.
  • a power transmission line can be constructed via which, for example, by multiplexing different combinations of a
  • the wiring state detection unit may be configured to determine the series-switching state or the bypass state by evaluating a position of a switch configured to electrically couple the pole of the battery cell to the power transmission line.
  • a switch may for example be a multiplexer, which meeting poles of individual battery cells interconnected in different ways.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage that already predefined switch positions can be evaluated and a conclusion is given as to whether a particular battery cell is currently integrated in a series connection of a power transmission line. In this way, very quickly and technically very easily the bridging state or the series connection state of a respective battery cell can be determined.
  • the bridging state or the series connection state of a respective battery cell can be determined.
  • Circuit state determination unit may be configured to determine the series circuit state or the bypass state using a measurement result related to a current, energy and / or power flow via the power supply line.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage of a technically simple detection of whether the battery cell, which is coupled to the battery sensor data transmission unit, is connected in series with other battery cells, so that energy is transmitted via the power supply line.
  • the data transmission unit in which the switch is actuated using a control signal, in particular a pulse width modulated control signal, the data transmission unit can advantageously be designed to synchronize a detection or output of the sensor signal with the control signal.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage that even the evaluation of the previously known pulse-width-modulated control signal also makes it possible to draw conclusions about a currently existing series circuit state or bridging state for a particular battery cell, without requiring a measurement or determination of the current state. circuit state is required. By synchronizing the output or the determination of the sensor signal with the control signal thus a fast and almost interruption-free transmission of a sensor signal to the evaluation device is possible.
  • An embodiment of the present invention is particularly favorable, in which the data transmission unit is designed to detect the sensor signal in which Do not output the bypass state to an evaluation device using the power transmission line and / or not output the sensor signal 168 in the series connection state to the evaluation device using a battery case wall as a transmission medium.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage that only in
  • the battery case is ensured as a transmission medium of a sensor signal from a specific battery cell to the evaluation device. This allows a simpler evaluation or a simpler reception of the sensor signals at the evaluation device, since the evaluation device needs to expect the sensor signal 168 of a specific battery cell only via a single transmission path at predetermined times. At the same time it is ensured that as often as possible the energy transmission line is used to transmit the sensor signal, so that disturbances can be minimized.
  • the data transmission unit can be designed to code the sensor signal in a sensor signal packet which can be uniquely assigned to the battery cell.
  • a battery unit which has the following features:
  • a battery cell assembly comprising at least two battery cells, wherein the battery cells are switchable in series by means of a power transmission line;
  • At least one sensor for providing a measurement representing a physical quantity in or on one of the battery cells; and at least one battery sensor data transmission unit according to a variant described above.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the individual components can be optimally matched to one another, so that transmission with as little interference as possible from a sensor signal 168, an evaluation unit or an evaluation device can be carried out.
  • Fig. 1 is a block diagram of a battery unit in which an embodiment of the present invention is used
  • FIG. 2 shows diagrams illustrating a synchronization of a switching signal for a switch with an output of the sensor signal
  • FIG. 3 is a flow chart of an embodiment of the present invention as a method.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a vehicle 100 with a battery unit 1 10 for supplying electrical energy to a power electronics unit 1 15, wherein an electric motor 120 can be operated by the energy provided by the battery unit 1 10.
  • a plurality of battery cells 130 are arranged, which are designated for better distinction by the reference numerals 130a, 130b and 130c.
  • all the battery cells 130 are constructed identically, which is not necessarily always mandatory.
  • the poles 135 of the battery cells 130 are connected to each other in series in a power transmission line 140, so that in the VerschaltungsSource, shown in solid in Fig.
  • connection control unit 150 can be controlled by means of a connection control unit 150 in such a way that it is pulled through from the one shown in FIG shown position is brought into a position shown in dashed lines, whereby the illustrated in Fig. 1 middle battery cells 130 b is disconnected from the series connection of the power transmission line 140.
  • the middle battery cell 130b is connected as a subsidiary load of the power supply line 140, which is not relevant to providing the voltage level at the terminals 145.
  • the middle battery cell 130b is disconnected from the series circuit, it is in a state that will be referred to as a bypass state in the following description.
  • the switch 160 is in the position shown in solid line in FIG. 1, the middle battery cell 130b shown in FIG. 1 is in a state which will be referred to as a series connection state in the following description.
  • All of the battery cells 130 shown in FIG. 1 each comprise a battery sensor data transmission unit 165.
  • the battery sensor data transmission unit 165 comprises a connection state determination unit 166 and a data transmission unit 167 coupled to the connection state determination unit 166.
  • the connection state determination unit 166 is designed to detect a connection state of the battery cell 130 in question (ie For example, the series circuit state or the bridging state), for example, by measuring the current flowing through the poles of the battery cell 130 or the energy / power flowing over it.
  • the data transmission unit 167 is designed to convert a physical variable detected by a sensor 162 into a sensor signal 168 and to transmit this to an evaluation device 170.
  • the physical quantity detected by the sensor 162 in question may, for example, be a pressure or a temperature which is in or on the relevant battery cells 130a, 130b or 130c prevails.
  • a monitoring of the state of the individual battery cells 130 can take place and upon detection of a deviation of the physical quantity in or on one of the battery cells 130, a warning or action recommendation can be output to a user of the battery unit 110.
  • the battery sensor data transmission unit 165 may modulate the sensor signal 168 of the respective battery cells 130 as a powerline signal transmission in addition to the energy flowing in the power supply line 140 to the power supply line 140 to allow the evaluation device 170 to filter and evaluate the sensor signals of the power transmission line 140. If, however, the mean battery cell 130b shown in FIG. 1 is switched to the transmission state by switching the switch 160 to provide a changing voltage level at the terminals 145 with technically simple means, there is no closed circuit between the battery sensor data transmission unit 165 of the middle battery cells 130b more with the evaluation device 170. A sensor signal which contains a physical quantity concerning the middle battery cell 130b could then no longer be transmitted to the evaluation device 170.
  • the battery sensor data transmission unit 165 of the middle battery cells 130b for example, a high-frequency electrical circuit with the evaluation device 170 close. This can be done, for example, in which there is a data-transferable connection (for example as a capacitive coupling) via a
  • Battery unit housing wall 180 to the evaluation unit 170 manufactures, wherein the evaluation device 170 is also coupled via a likewise data transferable connection under certain conditions (for example, also in a capacitive coupling) with the battery unit housing wall 180.
  • a wall of the battery cell 130 and / or the battery unit 1 10 can In this case, an outer wall that differs from a pole (or is electrically insulated from such a pool), which is provided specifically for making electrical contact with the battery cell 130 and / or the battery unit 110, is understood.
  • a continuous electrically conductive connection between see the battery sensor data transmission unit 185 and the evaluation device 170 are present. This case of the transmission of the sensor signal to the battery cell wall 175 or battery unit housing wall 180 is shown in FIG. 1 as a dashed feed of the sensor signal 168 onto the battery cell wall 175. Now, even without a closed via the power supply lines current path between the battery sensor data transmission unit
  • the sensor signal 168 can also be completely (ie not only in the bridged state) from the battery cell 130b in question using the wall 180 of the battery unit 110.
  • This coding may, for example, be in the form of a code multiplex coding, in which each of the battery sensor data transmission units 165 in the individual battery cells 130 is assigned its own code, which is distinguishable from other codes.
  • each battery data transfer unit 165 is able to transmit a corresponding sensor signal 168 to the evaluation unit or the evaluation device 170 and, at the same time, to determine the wiring state of the respective battery cell in the series connection state or the bridging state - Condition can be avoided.
  • such a transmission of information about a housing wall 180 of the battery unit 1 10 may be more susceptible to interference than the transmission of information via the power supply line 140.
  • the battery sensor data transmission unit can receive a signal from the connection control unit 150, which represents switching over of the switch 160, so that the battery sensor data transmission unit 165 can detect very early and without, for example, a measurement of a flow of energy via the energy supply line 140, that it is in the Bridging state has been switched. In this way it is possible to ensure a virtually uninterrupted data transfer of the sensor signal to the evaluation unit 170, but at least only for a short time.
  • FIG. 2 shows in the upper partial diagram a progression of positions 1 (position shown in FIG. 1 by suction) and 2 (position shown in dashed lines in FIG. 1) of the switch 160 as it is controlled by the connection control unit 150.
  • a time change between see the series circuit state X and the bridging state Y of the middle battery cell 130 b can be seen. It can be seen that by synchronizing the position of the switch 160 and the circuit required by the connection state of the middle battery cell 130b of a particular path for the transmission of the sensor signal according to the lower partial diagram of Fig. 2 (x for the transmission of the sensor signal about the
  • FIG. 1 the explanation of the basic idea of an embodiment of the invention has been focused on the bridging of only one battery cell 130 for better understanding of the principles of the approach presented here.
  • the interconnection or bridging option shown in FIG. 1 can, of course, also be applied to the bridging of any number of individual battery cells
  • the concept presented above can be easily adapted to the particular case used. It is also possible for the individual battery cells 130 to proceed with time-varying long bridging states in order to obtain a desired voltage at the terminals 145.
  • the switch or the switches 160 can then be controlled by the interconnection control unit 150 by a pulse-width-modulated signal, so that the desired temporal sequence of series circuit states and bridging states can be implemented for the individual battery cells.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of the present invention as a method 300 for transmitting battery sensor data.
  • the method includes a step of determining 310 a series circuit state in which one pole of a battery cell has one pole of at least one other
  • Battery cell is connected in series by means of a power transmission line and / or determining a bridging state in which the pole of the battery cell is not connected in series with the one pole of the at least one further battery cell.
  • the method 300 includes a step of outputting 320 a sensor signal representing a physical quantity in or on the battery cell, in the series connection state using the power transmission line to an evaluation device, and / or outputting the sensor signal in the bypass state using a battery case wall and / or a wall of a battery cell as a transmission medium to the evaluation device.
  • the method may also include a step of outputting 320 a sensor signal representing a physical quantity in or on the battery cell, outputting to the battery using a battery case wall and / or a wall of a battery cell as the transfer medium Evaluation device takes place.
  • an embodiment of a battery can be used to implement the invention, in which a change in the battery voltage is made possible by an interconnection of different battery cells, wherein in the ground state, for example, all the battery cells 130 can be connected in series.
  • One aspect of the approach presented here is to enable the communication of a sensor system 165, 162 within a battery with variable output voltage 110, although individual battery cells are decoupled from the battery cell strand 140 due to the functioning of the battery.
  • the bridged module 130b at least one of its terminals 135 is disconnected by a power switch 160.
  • a bridging of the terminals 135 is made at the battery level to maintain the series connection of the remaining modules 130a and 130c.
  • the module 130b forms a side branch with dead end in the battery string 140, it is no longer possible powerline communication.
  • the aspect presented above aims in particular at limiting the communication via powerline to the phases in which the data-exchanging cell 130 does not depend on the rest of the battery string 140. This can be done by synchronizing the communication with the
  • Pulse width modulation frequency of the battery with variable output voltage offers several advantages, for example, the possibility of allowing communication despite temporarily interrupted transmission path. Also, a powerline communication within a battery with variable output voltage is possible without additional circuitry. Such an approach can generally be used with all such batteries.
  • Another aspect of the present invention allows the use of the battery (cell) housing to restore the transmission path from the side branch to the evaluation device.
  • a transmission path requires a DC or at least a high-frequency closed circuit. This is not the case with the uncoupled side branch 130b, but this can be restored via capacitive coupling from the sensor system to the battery housing connected to vehicle ground.
  • This aspect of the present invention also provides advantages, for example, communication within a variable output voltage battery is also possible in which individual cells or cell modules are disconnected. Again, this aspect can generally be used with all variable output voltage batteries.
  • the invention can be used particularly advantageously as a device or embodiment of a sensor system with electrical and electronic components which can be installed or grown in a battery cell (eg, lithium-ion battery of an electric vehicle).
  • a battery cell eg, lithium-ion battery of an electric vehicle.
  • the approach presented above is used to exchange data between the sensor system and a central evaluation device, although individual battery cells are disconnected from the battery cell strand due to the operation of the method used in the battery for generating a variable output voltage.
  • the embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) mit einer Datenübermittlungseinheit (167), die ausgebildet ist, um ein Sensorsignal (168), welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle (130b) repräsentiert, unter Verwendung einer Batteriegehäusewand (180) und/oder einer Wand (175) einer Batteriezelle (130b) als Übertragungsmedium an ein Auswertungsgerät (170) auszugeben.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein Verfahren zum Übertragen von Batteriesensordaten
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriesensordatenübertra- gungseinheit, ein Verfahren zum Übertragen von Batteriesensordaten sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen.
Speziell in der Fahrzeugtechnik werden vermehrt Batterien eingesetzt, um einen Elektromotor zur Fortbewegung der Fahrzeuge betreiben zu können. In diesem Zusammenhang ist die Zustandsuberwachung der Batterien von erhöhter Bedeu- tung, um einem Nutzer des Fahrzeugs frühzeitig ein möglicherweise bevorstehendes Problem mit der Antriebseinheit bzw. einem Ausfall der Batterien mitteilen zu können. Hierzu wurde vorgeschlagen, innerhalb der Batterie eine Erfassung und Übertragung von Sensorsignalen über dezidierte Datenleitungen, z. B. den CAN-Bus, vorzunehmen. Relevante Daten über einen Zustand der Batterie werden über einen oder mehrere Batteriesensoren erfasst und an ein Steuerbzw. Auswertungsgerät übermittelt.
Die DE 10 2009 036 086 A1 offenbart eine Überwachungselektronik für eine Batterie mit einer Mehrzahl von Zellen, wobei die Überwachungselektronik eine Mehrzahl von Zell-Überwachungsschaltkreisen aufweist, welche an einer flexiblen Platine befestigt sind. Insbesondere mag die Überwachungselektronik derart eingerichtet sein, dass sie für jeden Zellpol der Batterie einen Zell- Überwachungsschaltkreis aufweist. Insbesondere mag auch das Vorsehen von möglichst vielen stoffschlüssigen Verbindungen zwischen einer Elektronik und der flexiblen Platane und/oder der flexiblen Platine mit den Zellen und optionalen Temperatursensoren eine erhöhte Lebensdauer bei geringen Fehlerraten ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Batteriesensor- datenübertragungseinheit, ein Verfahren zum Übertragen von Batteriesensordaten sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Batteriesensordatenübertragungseinheit mit folgendem Merkmal:
einer Datenübermittlungseinheit, die ausgebildet ist, um ein Sensorsignal, welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle repräsentiert, unter Verwendung einer Batteriegehäusewand und/oder einer Wand einer Batteriezelle als Übertragungsmedium an ein Auswertungsgerät auszugeben.
Unter einer (Batteriesensordatenübertragungs-) Einheit kann vorliegend eine Vorrichtung oder ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Unter einer Datenübermittlungseinheit kann eine Einrichtung oder ein Modul verstanden werden, um ein Sensorsignal aufzubereiten und über einen vorbestimmten Übertragungspfad an ein Auswertungsgerät zu übertragen. Unter einem Sensorsignal kann ein Signal verstanden werden, das eine physikalische Größe wie beispielsweise einen Druck oder eine Temperatur in oder an der betreffenden Batteriezelle repräsentiert.
Unter einer Batteriezelle kann beispielsweise ein Teilbereich eines größeren Energiespeichers in Form einer Batterie oder eines Akkus verstanden werden Prunk unter einer Batteriegehäusewand kann beispielsweise eine Behälterwand verstanden werden, wobei in diesem Behälter eine oder mehrere Batteriezellen enthalten sind. Unter einem Auswertungsgerät kann eine Vorrichtung verstanden werden, die beispielsweise als elektronisches Gerät zur Ausführung von elektronischen Steuerbefehlen oder einer Datenverarbeitung ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Auswertungsgerät in der Form einer elektronischen Schaltung oder eines integrierten Schaltkreises ausgestaltet sein.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in Energiespeichereinheiten wie eine Batterie oftmals ein Gehäuse verwendet wird, welches beispielsweise elektrisch leitend ist und über welches somit Daten wie das Sensorsignal übertragen werden können. Um nun Material- und Arbeitsaufwand für das Vorsehen einer zusätzlichen Datenleitung zur Übertragung des Sensorsignals in einer solchen Batterieeinheit zu vermeiden, kann nun die Batteriesensordatenü- bertragungseinheit oder ein entsprechendes Verfahren zur Übertragung von Batteriesensordaten vorgesehen werden, welche das Sensorsignal über die meist für eine Signalübertragung nutzbare Gehäusewand beträgt. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise Herstellungskosten für eine solche Batterieeinheit bzw. eine Batteriesensordatenübertragungseinheit reduzieren, wobei zugleich ein zur Verfügung stehender Bauraum optimal genutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Übertragung von Batteriesensordaten, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Ausgeben eines Sensorsignals, welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle repräsentiert, unter Verwendung einer
Batteriegehäusewand und/oder einer Wand einer Batteriezelle als Übertragungsmedium an ein Auswertungsgerät.
Auch durch eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lassen sich die zuvor genannten Vorteile erreichen. Von Vorteil ist auch ein Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Computerprogramm auf einer Einheit, einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Gemäß seiner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Datenübermittlungseinheit ausgebildet sein, um das Sensorsignal unter Verwendung einer kapazitiven oder induktiven Kopplung zwischen einer Batteriezelle und der
Batteriegehäusewand an die Batteriegehäusewand zu übertragen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die Batte- riesensordatenübertragungseinheit galvanisch von einer Batteriegehäusewand getrennt werden kann, wodurch sich eine Signalübertragung auch bei unter- schiedlichen Potenzialpegeln zwischen der Batteriesensordatenübertragungsein- heit und der Batteriegehäusewand bzw. der Wand der Batteriezelle realisieren lässt. Dies ermöglicht eine deutlich weniger gegenüber Störungen anfällige Signalübertragung. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Datenübermittlungseinheit ausgebildet sein, um das Sensorsignal unter Verwendung einer elektrisch leitfähigen Verbindung auf die Batteriegehäusewand zu übertragen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer zuverlässigen Übertragung auf von elektrischen Signalen von der Batteriesensordatenübertragungseinheit zum Auswertungsgerät.
Ferner kann auch gemäß seiner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Datenübertragungseinheit ausgebildet sein, um das Sensorsignal unter Verwendung eines der Batteriezelle eindeutig zuordenbaren Codes zu übertragen. Bei- spielsweise kann jedes Sensorsignal unter Verwendung eines unterschiedlichen
Codes codiert werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bei der Signalübertragung von Sensorsignal von mehreren Batteriezellen über eine gemeinsame Batteriegehäusewand in das Auswertungsgerät zuverlässig das Sensorsignal von jeder einzelnen Batterie- Sensordatenübertragungseinheit in den unterschiedlichen Batteriezellen extrahiert werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner eine Verschaltungszustandsermittlungseinheit zur Ermittlung eines Serienschaltungs- zustandes vorgesehen, in dem eine Batteriezelle mit einer weiteren Batteriezelle mittels einer Energieübertragungsleitung in Reihe geschaltet ist und/oder zur Bestimmung eines Überbrückungszustandes, in dem zumindest ein Pol der Batteriezelle nicht mit zumindest einer weiteren Batteriezelle in Reihe geschaltet ist und wobei die Datenübertragungseinheit ausgebildet ist, um das Sensorsignal in dem Überbrückungszustand unter Verwendung einer Batteriegehäusewand als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät auszugeben.
Entsprechend ist gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Batteriesensordaten vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln eines Serienschaltungszustandes, in dem eine Batteriezelle mit zumindest einer weiteren Batteriezelle mittels einer Energieübertragungsleitung in Reihe geschaltet ist und/oder Ermitteln eines Überbrückungszustandes, in dem ein Pol der Batteriezelle von zumindest einer weiteren Batteriezelle entkoppelt ist; und
Ausgeben eines Sensorsignals, welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle repräsentiert, in dem Serienschaltungszustand unter Verwendung der Energieübertragungsleitung an ein Auswertungsgerät und/oder Ausgeben des Sensorsignals in dem Überbrückungszustand unter Verwendung einer Batteriegehäusewand als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät.
Unter einer Verschaltungszustandsermittlungseinheit kann eine Einrichtung oder ein Modul verstanden werden, welches dazu ausgelegt ist, einen Serienschaltungszustand und/oder einen Überbrückungszustand bei einer elektrischen Kopplung (oder Nicht-Kopplung) von mehreren Batteriezellen zu bestimmen. Unter einer Energieübertragungsleitung kann eine elektrische Leitung verstanden werden, über welche neben einem Stromfluss zur Übertragung von einer elektrischen Energie noch ein Datensignal aufmoduliert werden kann. Unter einem Serienschaltungszustand kann dabei ein Zustand verstanden werden, in dem ein Pol einer Batteriezelle in Serie mit zumindest einem Pol einer weiteren Batteriezelle elektrisch leitfähig als eine Energieübertragungsleitung verbunden ist. Im Serienschaltungszustand im kann somit die Batteriezelle als in Serie mit zumindest einer weiteren Batteriezelle geschaltet verstanden werden, sodass sich an zwei Endabgriffsklemmen einer solchen Serienschaltung des die Spannungen an den jeweiligen Polen der beiden in Serie geschaltet und Batteriezellen addieren. Unter einem Überbrückungszustand kann ein Zustand verstanden werden, in dem der Pol der Batteriezelle nicht mit einem anderen Pol einer weiteren Batteriezelle verbunden, d.h. in dem der Pol der Batteriezelle entkoppelt von einem anderen Pol einer weiteren Batteriezelle ist. Sind dagegen mehrere weitere Batteriezellen in Serie geschaltet, ohne dass die betreffende Batteriezelle in diese Serienschaltung eingebunden ist, wird von der Verschaltungszustandsermitt- lungseinheit der Übertragungszustand bestimmt, in dem die betreffende Batteriezelle elektrisch lediglich in einen Nebenast der Energieübertragungsleitung geschaltet ist. In einem solchen Übertragungszustand ist die Spannung zwischen zwei Polen der betreffenden Batteriezelle nicht zur Erhöhung der Spannung zwi- sehen den Endabgriffsklemmen verwendbar. Dieser vorbestimmte Übertragungspfad kann in Abhängigkeit vom bestimmten Serienschaltungszustand oder Überbrückungszustand von der Datenübermittlungseinheit ausgewählt werden. Im Serienschaltungszustand kann dabei das Sensorsignal direkt über die Energieübertragungsleitung übermittelt werden. In diesem Fall kann das Sensorsignal beispielsweise unter Verwendung einer Powerline-Übertragungstechnik ohne die
Verwendung einer zusätzlichen Datenleitung an das Auswertungsgerät übertragen werden. In dem Überbrückungszustand, in dem zumindest ein Pol der betreffenden Batteriezelle nicht in die Energieübertragungsleitung eingebunden verschaltet ist (d.h. in dem der Pol der Batteriezelle entkoppelt von einem anderen Pol einer weiteren Batteriezelle ist), kann hingegen das Sensorsignal unter Verwendung der Batteriegehäusewand anderes Auswertungsgerät übertragen werden. Diese Batteriegehäusewand kann in diesem Fall als Element verwendet werden, um eine elektrische Leitung durch den Nebenast, in dem die betreffende Batteriezelle im Übertragungszustand elektrisch angeordnet ist, zum Auswer- tungsgerät zu schließen.
Die derartige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass bei unterschiedlichen Verschaltungen der einzelnen Batteriezellen zur Bereitstellung von unterschiedlichen Spannungsniveaus eine Datenüber- tragung über die gleiche Leitung erfolgen kann, über die auch die elektrische
Energie von den einzelnen Batteriezellen übertragen wird. Ein solcher Ansatz bietet den Vorteil, dass auf eine separate Datenübertragungsleitung verzichtet werden kann, wodurch sich Herstellungskosten für eine Batteriesensordatenü- bertragungseinheit reduzieren lassen und zugleich durch eine verringerte Bauteilanzahl eine geringere Fehleranfälligkeit sichergestellt werden können. Wird jedoch eine Batteriezelle aus dieser Serienschaltung ausgekoppelt, würden sich die Sensordaten, die eine physikalische Größe, die diese spezielle ausgekoppelte Batteriezelle repräsentiert, nicht mehr zum Auswertungsgerät übertragen lassen. In einem solchen Fall lässt sich die betreffende, von der Energieübertragungsleitung teilweise abgekoppelte Batteriezelle in einem„separaten" Strom- kreis schalten, der über eine Batteriegehäusewand geschlossen wird und somit auch im Übertragungszustand eine Übertragung des Sensorsignals zum Auswertungsgerät ermöglicht. Auf diese Weise lässt sich auf einfache und zuverlässige Weise eine kontinuierliche und weitgehend unterbrechungsfreie Auswertung von einer oder mehreren in einem oder mehreren Sensorsignalen enthaltenen physi- kaiischen Größe(n) auswerten.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verschaltungszustandsermittlungseinheit ausgebildet sein, um den Serienschal- tungszustand dann zu bestimmen, wenn Pole von zumindest drei Batteriezellen unter Verwendung der Energieübertragungsleitung in Reihe geschaltet sind. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Energieübertragungsleitung aufgebaut werden kann, über welche beispielsweise durch ein Multiplexen von unterschiedlichen Kombinationen einer
Verschaltung der einzelnen Batteriezellen unterschiedliche Spannungspegel an den Abgriffsklemmen der Energieübertragungsleitung erreichbar sind. Bei einer derartig flexibel verschaltbaren Energieübertragungsleitung besteht ein besonders hoher Bedarf für eine zuverlässige und robuste Übertragung von Datensignalen über diese Energieübertragungsleitung, auch wenn einzelne Batteriezellen aus der Serienschaltung dieser Energieübertragungsleitung abgekoppelt werden.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verschaltungszustandsermittlungseinheit ausgebildet sein, um den Serien- schaltungszustand oder den Überbrückungszustand unter Auswertung einer Stellung eines Schalters zu bestimmen, der ausgebildet ist, um eine elektrische Kopplung des Pols der Batteriezelle an die Energieübertragungsleitung durchzuführen. Ein solcher Schalter kann beispielsweise ein Multiplexer sein, der die be- treffenden Pole von einzelnen Batteriezellen auf unterschiedliche Weise miteinander verschaltet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet Vorteil, dass bereits vorab definierte Schalterstellungen ausgewertet werden können und einen Rückschluss darauf gegeben, ob eine bestimmte Batterie- zelle aktuell in eine Serienschaltung einer Energieübertragungsleitung eingebunden ist. Auf diese Weise kann sehr schnell und technisch sehr einfach der Über- brückungszustand bzw. der Serienschaltungszustand einer betreffenden Batteriezelle ermittelt werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die
Verschaltungszustandsermittlungseinheit ausgebildet sein, um den Serienschaltungszustand oder den Überbrückungszustand unter Verwendung eines Messergebnisses in Bezug in Bezug auf einem Strom-, Energie- und/oder Leistungsfluss über die Energieversorgungsleitung zu ermittlen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer technisch einfachen Erkennung, ob die Batteriezelle, die mit der Batteriesensordatenübertragungseinheit gekoppelt ist, in Serie mit weiteren Batteriezellen geschaltet ist, sodass Energie über die Energieversorgungsleitung übertragen wird. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriesensordatenübertra- gungseinheit, bei der der Schalter unter Verwendung eines Steuersignals, insbesondere eines pulsweitenmodulierten Steuersignals, angesteuert wird, kann vorteilhaft die Datenübermittlungseinheit ausgebildet sein, um eine Ermittlung oder Ausgabe des Sensorsignals mit dem Steuersignal zu synchronisieren. Eine der- artige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bereits durch die Auswertung des vorab bekannten pulsweitenmodulierten Steuersignals auch einen Rückschluss auf einen aktuell vorliegenden Serienschaltungszustand oder Überbrückungszustand für eine betreffende Batteriezelle möglich ist, ohne dass hierzu eine Messung oder Bestimmung des aktuellen Ver- schaltungszustands erforderlich ist. Durch eine Synchronisierung der Ausgabe oder der Ermittlung des Sensorsignals mit dem Steuersignal wird somit eine schnelle und nahezu unterbrechungsfreie Übertragung eines Sensorsignals an das Auswertungsgerät möglich. Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Datenübermittlungseinheit ausgebildet ist, um das Sensorsignal, in dem Überbrückungszustand nicht unter Verwendung der Energieübertragungsleitung an ein Auswertungsgerät auszugeben und/oder um das Sensorsignal 168 in dem Serienschaltungszustand nicht unter Verwendung einer Batteriegehäusewand als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät auszugeben. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass lediglich im
Überbrückungszustand das Batteriegehäuse als Übertragungsmedium eines Sensorsignals von einer bestimmten Batteriezelle an das Auswertungsgerät sichergestellt wird. Dies ermöglicht eine einfachere Auswertung bzw. einen einfacheren Empfang der Sensorsignale am Auswertungsgerät, da das Auswertungs- gerät zu vorbestimmten Zeitpunkten das Sensorsignal 168 einer bestimmten Batteriezelle lediglich über einen einzigen Übertragungspfad zu erwarten braucht. Zugleich ist sichergestellt, dass möglichst häufig die Energieübertragungsleitung zu Übertragung des Sensorsignals verwendet wird, sodass Störungen minimiert werden können.
Um eine eindeutige Zuordnung von Datensignalen in dem Auswertungsgerät sicherzustellen, kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Datenübermittlungseinheit ausgebildet sein, um das Sensorsignal in einem der Batteriezelle eindeutig zuordenbaren Sensorsignalpaket zu codieren. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass mehrere Sensorsignale, die physikalische Größen aus unterschiedlichen Batteriezellen repräsentieren, in dem Auswertungsgerät der jeweils betreffenden Batteriezelle eindeutig zugeordnet werden können. Ferner ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Batterieeinheit vorgesehen ist, die folgende Merkmale aufweist:
einen Batteriezellenverbund, der zumindest zwei Batteriezellen umfasst, wobei die Batteriezellen mittels einer Energieübertragungsleitung in Reihe schaltbar sind;
zumindest einen Sensor zur Bereitstellung eines Messwertes, der eine physikalische Größe in oder an einer der Batteriezellen repräsentiert; und zumindest eine Batteriesensordatenübertragungseinheit gemäß einer vorstehend beschriebenen Variante. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die einzelnen Komponenten optimal aufeinander abgestimmt werden können, sodass eine möglichst störungsarme Übertragung von einem Sensorsignal 168 kann, eine Auswertungseinheit bzw. einem Auswertungsgerät durchgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Batterieeinheit, in der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 Diagramme, die eine Synchronisation eines Schaltsignals für einen Schalter mit einer Ausgabe des Sensorsignals darstellen; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100 mit einer Batterieeinheit 1 10 zur Bereitstellung von elektrischer Energie an eine Leistungselektronikeinheit 1 15, wobei durch die von der Batterieeinheit 1 10 bereitgestellte Energie ein Elektromotor 120 betreibbar ist. In der Batterieeinheit 1 10 sind mehrere Batteriezellen 130 angeordnet, die zur besseren Unterscheidung mit dem Bezugszeichen 130a, 130b und 130c bezeichnet werden. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Batteriezellen 130 identisch aufgebaut, wobei dies nicht notwendigerweise immer zwingend erforderlich ist. Die Pole 135 der Batteriezellen 130 sind in Serie in einer Energieübertragungsleitung 140 miteinander verschaltet, sodass in dem Verschaltungszustand, der in Fig. 1 durchgezogen dargestellt ist, an den Abgriffsklemmen 145 der Batterieeinheit 1 10 Spannung zur Verfügung steht, die in der Summe der Spannungen zwischen den Polen 135 jeder der drei dargestellten Batteriezellen 130 entspricht. Um nun beispielsweise eine Wechselspannung oder zumindest einen variierenden Spannungspegel an den Klemmen 145 bereitstellen zu können, lässt sich der Verschaltungszustand der einzelnen Batteriezellen 130 mittels einer Verschaltungssteuereinheit 150 steuern. In einem sehr einfachen, nur der prinzipiellen Funktionsweise einer sol- chen Veränderung des Verschaltungszustandes dienenden Fall den Fig. 1 dargestellt ist, kann ein Schalter 160 durch ein Steuersignal 155 von einer Verschaltungssteuereinheit 150 derart angesteuert werden, dass er von der in Fig. 1 durchgezogen dargestellten Position in eine gestrichelt dargestellte Position gebracht wird, wodurch die im in Fig. 1 dargestellte mittlere Batteriezellen 130b aus der Serienschaltung der Energieübertragungsleitung 140 abgekoppelt wird. Sind jedoch die Pole 135 der mittleren 130b und der rechten Batteriezelle 130c (beispielsweise aus Gründen eines möglichst fehlerrobusten Schaltungsaufbaus) ist die mittlere Batteriezelle 130b als ein Nebenast der Energieversorgungsleitung 140 geschaltet, der für die Bereitstellung des Spannungspegels an den Klemmen 145 nicht relevant ist. In diesem Zustand, in dem die mittlere Batteriezelle 130b von der Serienschaltung abgekoppelt ist, befindet sich diese in einem Zustand, der in der nachfolgenden Beschreibung als Überbrückungszustand bezeichnet wird. Ist der Schalter 160 dagegen in der in Fig. 1 durchgezogen dargestellten Position, befindet sich die in Fig. 1 dargestellte mittlere Batteriezellen 130b in ei- nem Zustand, der in der nachfolgenden Beschreibung als Serienschaltungszu- stand bezeichnet wird.
Alle in Fig. 1 dargestellten Batteriezellen 130 umfassen je eine Batteriesensorda- tenübertragungseinheit 165. Die Batteriesensordatenübertragungseinheit 165 umfasst eine Verschaltungszustandsermittlungseinheit 166 und eine mit der Ver- schaltungszustandsermittlungseinheit 166 gekoppelte Datenübermittlungseinheit 167. Die Verschaltungszustandsermittlungseinheit 166 ist ausgebildet, um einen Verschaltungszustand der betreffenden Batteriezelle 130 (also beispielsweise den Serienschaltungszustand oder den Überbrückungszustand) beispielsweise durch eine Messung des über die Pole der Batteriezelle 130 fließenden Stromes oder der der hierüber fließenden Energie/Leistung zu ermitteln. Die Datenübermittlungseinheit 167 ist ausgebildet, um eine von einem Sensor 162 erfasste physikalische Größe in ein Sensorsignal 168 zu überführen und dieses an ein Auswertungsgerät 170 zu übertragen. Die physikalische Größe, die der jeweils betreffende Sensor 162 erfasst, kann beispielsweise ein Druck oder eine Temperatur sein, der/die in oder an der jeweils betreffenden Batteriezellen 130a, 130b bzw. 130c herrscht. In dem Auswertungsgerät 170 kann eine Überwachung des Zustandes der einzelnen Batteriezellen 130 erfolgen und bei einer Erkennung einer Abweichung der physikalischen Größe in oder an einer der Batteriezellen 130 kann eine Warnung oder Handlungsempfehlung an einen Nutzer der Batterieein- heit 1 10 ausgegeben werden.
Im Serienschaltungszustand kann die Batteriesensordatenübertragungseinheit 165 das Sensorsignal 168 der jeweils betreffenden Batteriezellen 130 als eine Powerline-Signalübertragung zusätzlich zu der in der Energieversorgungsleitung 140 fließenden Energie auf die Energieversorgungsleitung 140 aufmodulieren, damit das Auswertungsgerät 170 die Sensorsignale von Energieübertragungsleitung 140 ausfiltern und auswerten kann. Wird nun jedoch die in Fig. 1 dargestellte mittlere Batteriezelle 130b durch ein Umschalten des Schalters 160 in den Übertragungszustand geschaltet, um an den Klemmen 145 einen sich ändernden Spannungspegel mit technisch einfachen Mitteln bereitzustellen, besteht zwischen der Batteriesensordatenübertragungseinheit 165 der mittleren Batteriezellen 130b kein geschlossener Stromkreis mehr mit dem Auswertungsgerät 170. Ein Sensorsignal, welches eine die mittlere Batteriezelle 130b betreffende physikalische Größe enthält, könnte dann nicht mehr zum Auswertungsgerät 170 übertragen werden.
Um dennoch eine Übertragung des Sensorsignals von der Batteriesensordate- nübertragungseinheit 165 der mittleren Batteriezellen 130b in einem Zeitpunkt sicherzustellen, in dem die betreffende Batteriezelle von der Energieversorgungs- leitung 140 abgekoppelt oder zumindest nicht mehr in Reihe mit weiteren Batteriezellen 130 geschaltet ist, kann die Batteriesensordatenübertragungseinheit 165 der mittleren Batteriezellen 130b beispielsweise einen hochfrequenten elektrischen Stromkreis mit dem Auswertungsgerät 170 schließen. Dies kann beispielsweise erfolgen, in dem es eine unter bestimmten Bedingungen datenübert- ragungsfähige Verbindung (beispielsweise als kapazitive Kopplung) über eine
Wand 175 der mittleren Batteriezelle 130b und/oder eine
Batterieeinheitsgehäusewand 180 zur Auswertungseinheit 170 herstellt, wobei das Auswertungsgerät 170 ebenfalls über eine ebenfalls unter bestimmten Bedingungen datenübertragungsfähige Verbindung (beispielsweise ebenfalls in ei- ner kapazitiven Kopplung) mit der Batterieeinheitsgehäusewand 180 gekoppelt ist. Unter einer Wand der Batteriezelle 130 und/oder der Batterieeinheit 1 10 kann dabei eine Außenwand verstanden werden, die sich von einem Pol unterscheidet (bzw. von einem solchen Pool elektrisch isoliert ist), der speziell zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle 130 und/oder der Batterieeinheit 1 10 vorgesehen ist. Alternativ kann auch eine durchgängige elektrisch leitende Verbindung zwi- sehen der Batteriesensordatenübertragungseinheit 185 und dem Auswertungsgerät 170 vorliegen. Dieser Fall der Übertragung des Sensorsignals auf die Batteriezellenwand 175 bzw. Batterieeinheitsgehäusewand 180 ist in der Fig. 1 als gestrichelte Einspeisung des Sensorsignals 168 auf die Batteriezellenwand 175 dargestellt. Nun besteht auch ohne einen über die Energieversorgungsleitungen geschlossenen Strompfad zwischen der Batteriesensordatenübertragungseinheit
165 und dem Auswertungsgerät 170 die Möglichkeit einer Übertragung des Sensorsignals 168 aus der mittleren Batteriezelle 130 an das Auswertungsgerät 170, da ein Pfad nun beispielsweise über die kapazitive Kopplung zwischen der Batteriezellenwand 175 und der Batteriegehäusewand 180 sowie zwischen der kapa- zitiven Kopplung zwischen der Batteriegehäusewand und der Auswertungseinheit 170 zumindest für hochfrequente Signale geschlossen wird. Alternativ oder zusätzlich zur Übertragung des Sensorsignals 168 über die Energieversorgungsleitung 140 kann auch das Sensorsignal 168 aus der betreffenden Batteriezelle 130b vollständig (d. h. nicht nur im Überbrückungszustand) unter Verwendung der Wand 180 der Batterieeinheit 1 10 erfolgen. Insbesondere in einem Fall, in dem viele bzw. alle Batteriezellen 130 der Batterieeinheit 1 10 fest, das heißt statisch, und nicht während des Betriebs voneinander trennbar miteinander verschaltet sind, lässt sich auf eine derartige Weise sehr einfach eine Übertragung der Sensorsignale aus den einzelnen Batteriezellen 130 bzw. den entsprechen- den Batteriesensorübertragungseinheiten 165 bewerkstelligen. Hierzu kann beispielsweise eine Codierung des Sensorsignals durch die Batteriesensordatenü- bertragungseinheit 165 bzw. jedes Sensorsignals je einer der Batteriesensorda- tenübertragungseinheiten verwendet, welche eine eindeutige Zuordnung des codierten Sensorsignals zu der das codierte Sensorsignal aussendenden Batterie- Sensordatenübertragungseinheit 165 ermöglicht. Diese Codierung kann beispielsweise in der Form einer Code-Multiplex-Codierung erfolgen, bei der jeder der Batteriesensordatenübertragungseinheiten 165 in den einzelnen Batteriezellen 130 ein eigener Code zugeordnet ist, der von anderen Codes unterscheidbar ist. In einer solchen Ausführung ließe sich einerseits sicherstellen, dass jede Batte- riesensordatenübertragungseinheit 165 in der Lage ist, ein entsprechendes Sensorsignal 168 an die Auswertungseinheit bzw. das Auswertungsgerät 170 übertragen und zugleich eine Bestimmung des Verschaltungszustandes der betref- fenden Batteriezelle in den Serienschaltungszustand oder den Überbrückungs- zustand vermieden werden kann. Andererseits ist eine derartige Übertragung von Informationen über eine Gehäusewand 180 der Batterieeinheit 1 10 möglicherweise gegen Störungen anfälliger, als die Übertragung von Informationen über die Energieversorgungsleitung 140. Auch ist es beispielsweise denkbar, dass ei- ne hybride Form der Datenübertragung unter Verwendung der beiden zuvor genannten Ansatz erfolgt, beispielsweise in dem eine Statusinformation über die allgemeine Betriebsbereitschaft der jeweiligen Batteriesensordatenübertragungs- einheiten 165 über eine Wand 180 der Batterieeinheit 1 10 an das Auswertungsgerät 170 übertragen werden, wogegen die Sensorsignale, welche je eine physi- kalische Größe innerhalb der betreffenden Batteriezelle 130 repräsentieren, über die Energieversorgungsleitung 140 übertragen werden. In diesem Fall ließe sich beispielsweise eine Reduktion von über die Energieversorgungsleitung 140 übertragenen Informationen realisieren, wogegen Daten, die keine so hohe Update- Rate erfordern, über einen alternativen Übertragungspfad, nämlich über die Wand 180 der Batterieeinheit 1 10, an das Auswertungsgerät 170 übertragen werden.
Um eine besonders schnelle und effektive Umschaltung zwischen der Übertragung des Sensorsignals aus der mittleren Batteriezelle 130b zum Auswertungs- gerät kann auch eine Synchronisation der Ausgabe des Sensorsignals der mittleren Batteriezelle 130b einerseits auf die Energieversorgungsleitung 140 und andererseits auf die Batteriezellenwand 180 erfolgen. Hierzu kann die Batteriesen- sordatenübertragungseinheit von der Verschaltungssteuerungseinheit 150 ein Signal erhalten, das ein Umschalten des Schalters 160 repräsentiert, sodass in der Batteriesensordatenübertragungseinheit 165 bereits sehr frühzeitig und ohne beispielsweise eine Messung eines Flusses von Energie über die Energieversorgungsleitung 140 erkennen kann, dass sie in den Überbrückungszustand geschaltet wurde. Auf diese Weise kann eine nahezu unterbrechungsfreie zumindest jedoch nur sehr kurzzeitig unterbrochene Datenübertragung des Sensorsig- nals an die Auswertungseinheit 170 sichergestellt werden. Fig. 2 zeigt in dem oberen Teildiagramm einen Verlauf von Stellungen 1 (in Fig. 1 durchgesogen dargestellte Stellung) und 2 (in der Fig. 1 gestrichelt dargestellte Stellung) des Schalters 160, wie sie durch die Verschaltungssteuerungseinheit 150 angesteuert wird. In dem mittleren Diagramm ist ein zeitlicher Wechsel zwi- sehen dem Serienschaltungszustand X und dem Überbrückungszustand Y der mittleren Batteriezelle 130b zu entnehmen. Dabei ist ersichtlich, dass durch eine Synchronisation der Stellung des Schalters 160 und der durch den Verschal- tungszustand der mittleren Batteriezelle 130b erforderlichen Schaltung eines bestimmten Pfades für die Übertragung des Sensorsignals gemäß dem unteren Teildiagramm aus der Fig. 2 (x für die Übertragung des Sensorsignals über die
Energieversorgungsleitung 140, y für die Übertragung des Sensorsignals über die Masseverbindung) eine sehr einfache und robuste Übertragung des Sensorsignals von der mittleren Batteriezelle 130b zum Auswertungsgerät 170 sichergestellt werden kann.
In der Fig. 1 wurde zur besseren Verständlichkeit der Grundlagen des hier vorgestellten Ansatzes die Erläuterung der Grundidee eines Ausführungsbeispiels der Erfindung auf die Überbrückung lediglich einer Batteriezelle 130 abgestellt. Die in Fig. 1 dargestellte Verschaltung bzw. Überbrückungsmöglichkeit kann na- türlich auch auf die Überbrückung von beliebig vielen einzelnen Batteriezellen
130 oder die Überbrückung von mehreren Batteriezellen 130 gleichzeitig erweitert werden, wobei das vorstehend vorgestellte Konzept auf den jeweils verwendeten Fall einfach angepasst werden kann. Auch können für die einzelnen Batteriezellen 130 zeitlich unterschiedliche lange Überbrückungszustände vorgehen sein, um eine gewünschte Spannung an den Klemmen 145 zu erhalten. Hierzu kann dann der Schalter bzw. die Schalter 160 von der Verschaltungssteuerungseinheit 150 durch (je) ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert werden, sodass die gewünschte zeitliche Abfolge von Serienschaltungszuständen und Überbrückungszuständen für die einzelnen Batteriezellen implementiert werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 300 zur Übertragung von Batteriesensordaten. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bestimmens 310 eines Serienschaltungszustan- des, in dem ein Pol einer Batteriezelle mit einem Pol zumindest einer weiteren
Batteriezelle mittels einer Energieübertragungsleitung in Reihe geschaltet ist und/oder Bestimmen eines Uberbrückungszustandes, in dem der Pol der Batteriezelle nicht mit dem einen Pol der zumindest einen weiteren Batteriezelle in Reihe geschaltet ist. Weiterhin umfasst das Verfahren 300 einen Schritt des Ausgebens 320 eines Sensorsignals, welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle repräsentiert, in dem Serienschaltungszustand unter Verwendung der Energieübertragungsleitung an ein Auswertungsgerät und/oder Ausgeben des Sensorsignals in dem Überbrückungszustand unter Verwendung einer Batteriegehäusewand und/oder einer Wand einer Batteriezelle als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät. Speziell kann jedoch auch gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung das Verfahren einen Schritt des Ausgebens 320 eines Sensorsignals umfassen, welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle repräsentiert, wobei das Ausgeben unter Verwendung einer Batteriegehäusewand und/oder einer Wand einer Batteriezelle als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät erfolgt.
Zusammenfassend ist anzumerken, dass zur Umsetzung der Erfindung eine Ausführungsform einer Batterie verwendet werden kann, bei der eine Veränderung der Batteriespannung durch eine Verschaltung von unterschiedlichen Batteriezellen ermöglicht wird, wobei im Grundzustand beispielsweise alle Batteriezellen 130 in Reihe geschaltet werden können. Um eine Wechselspannung am Ausgang der Batterie 1 10 zu erzeugen, werden Module d. h. Batteriezellen 130 oder Gruppen davon (logische und schaltungstechnische Gruppierung mehrerer Zellen innerhalb der Batterie) in dieser Reihenschaltung überbrückt. Dadurch kann die Ausgangsspannung der Batterie 1 10 als Summe der nicht überbrückten Module variiert werden.
Ein Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes besteht darin, die Kommunikation eines Sensorsystems 165, 162 innerhalb einer Batterie mit variabler Ausgangsspannung 1 10 zu ermöglichen, obwohl einzelne Batteriezellen aufgrund der Funktionsweise der Batterie vom Batteriezellstrang 140 abgekoppelt, bzw. überbrückt, sind. Beim überbrückten Modul 130b ist mindestens einer seiner Anschlüsse 135 durch einen Leistungsschalter 160 abgetrennt. Gleichzeitig wird auf Batterieebene eine Überbrückung der Anschlüsse 135 vorgenommen um die Serienschaltung der restlichen Module 130a bzw. 130c aufrechtzuerhalten. Damit bildet das Modul 130b einen Seitenast mit totem Ende im Batteriestrang 140, es ist keine Powerline-Kommunikation mehr möglich. Der vorstehend vorgestellte Aspekt zielt dabei insbesondere darauf ab, die Beschränkung einer Kommunikation via Powerline auf die Phasen in denen die Daten austauschende Zelle 130 nicht vom Rest des Batteriestranges 140 abge- hängt. Dies kann durch Synchronisation der Kommunikation mit der
Pulsweitenmodulationsfrequenz der Batterie mit variabler Ausgangsspannung erfolgen. Ein derartiger Ansatz bietet mehrere Vorteile, beispielsweise die Möglichkeit eine Kommunikation trotz zeitweise unterbrochener Übertragungsstrecke zu ermöglichen. Auch wird ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand eine Powerline- Kommunikation innerhalb einer Batterie mit variabler Ausgangsspannung ermöglicht. Ein derartiger Ansatz kann generell bei allen solchen Batterien verwendet werden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Nutzung des Batterie(zellen)gehäuses um den Übertragungspfad vom Seitenast zum Auswertungsgerät wiederherzustellen. Ein Übertragungspfad benötigt einen DC oder zumindest hochfrequent geschlossenen Stromkreis. Dies ist beim abgekoppelten Seitenast 130b nicht gegeben, dieser kann aber über kapazitive Kopplung vom Sensorsystem zum mit Fahrzeugmasse verbundenen Batteriegehäuse wiederhergestellt werden. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ebenfalls Vorteile, beispielsweise ist auch eine Kommunikation innerhalb einer Batterie mit variabler Ausgangsspannung möglich bei der einzelne Zellen oder Zellmodule abgekoppelt werden. Auch dieser Aspekt kann generell bei allen Batterien mit variabler Ausgangsspannung verwendet werden.
Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft als Vorrichtung, bzw. Ausprägung eines Sensorsystems mit elektrischen und elektronischen Komponenten verwenden, welches in eine Batteriezelle (z. B. Lithium-Ionen Batterie eines Elektrofahr- zeuges) ein- oder angebaut werden kann. Der vorstehend vorgestellte Ansatz dient dazu, Daten zwischen dem Sensorsystem und einem zentralen Auswertungsgerät auszutauschen, obwohl einzelne Batteriezellen aufgrund der Funktionsweise des in der Batterie eingesetzten Verfahrens zur Generierung einer variablen Ausgangsspannung vom Batteriezellstrang abgekoppelt, bzw. überbrückt, sind. Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1 . Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) mit einer Datenübermittlungseinheit (167), wobei die Datenübermittlungseinheit (167) ausgebildet ist, um ein Sensorsignal (168), welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle (130b) repräsentiert, unter Verwendung einer
Batteriegehäusewand (180) und/oder einer Wand (175) einer Batteriezelle (130b) als Übertragungsmedium an ein Auswertungsgerät (170) auszugeben.
2. Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübermittlungseinheit (167) ausgebildet ist, um das Sensorsignal (168) unter Verwendung einer kapazitiven oder induktiven Kopplung zwischen der Batteriezelle (130b) und der
Batteriegehäusewand (180) an die Batteriegehäusewand (180) zu übertragen.
3. Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübermittlungseinheit ausgebildet ist, um das Sensorsignal unter Verwendung einer elektrisch leitfähigen Verbindung auf die Batteriegehäusewand (180) zu übertragen.
4. Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit ausgebildet ist, um das Sensorsignal unter Verwendung eines der Batteriezelle (130b) eindeutig zuordenbaren Codes zu übertragen.
5. Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Ver- schaltungszustandsermittlungseinheit (166) vorgesehen ist zur Ermittlung eines Serienschaltungszustandes, in dem eine Batteriezelle (130b) mit einer weiteren Batteriezelle (130a, 130c) mittels einer Energieübertragungsleitung (140) in Reihe geschaltet ist und/oder zur Bestimmung eines Überbrü- ckungszustandes, in dem zumindest ein Pol der Batteriezelle (130b) von zumindest einer weiteren Batteriezelle (130a, 130c) entkoppelt ist und wobei die Datenübertragungseinheit ausgebildet ist, um das Sensorsignal (168) in dem Überbrückungszustand unter Verwendung einer Batteriegehäusewand (180) als Übertragungsmedium an das Auswertungsgerät (170) auszugeben.
Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungszustandsermittlungseinheit (166) ausgebildet ist, um den Serienschaltungszustand oder den Überbrückungszustand unter Auswertung einer Stellung eines Schalters (160) zu bestimmen, der ausgebildet ist, um eine elektrische Kopplung eines Pols (135) der Batteriezelle (130b) an die Energieübertragungsleitung (140) durchzuführen.
Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- schaltungszustandsermittlungseinheit (166) ausgebildet ist, um den Serienschaltungszustand oder den Überbrückungszustand unter Verwendung eines Messergebnisses in Bezug in Bezug auf einem Strom-, Energie- und/oder Leistungsfluss über die Energieversorgungsleitung (140) zu ermittlen.
Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß Anspruch 6, bei der der Schalter (160) unter Verwendung eines Steuersignals (155), insbesondere eines pulsweitenmodulierten Steuersignals (155), angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübermittlungseinheit (167) ausgebildet ist, um eine Ermittlung oder Ausgabe des Sensorsignals (168) mit dem Steuersignal (155) zu synchronisieren.
Batterieeinheit (1 10) mit folgenden Merkmalen:
einem Batteriezellenverbund (130), der zumindest zwei Batteriezellen (130a, 130b, 130c) umfasst;
zumindest einem Sensor (162) zur Bereitstellung eines Messwertes, der eine physikalische Größe in oder an einer der Batteriezellen (130a, 130b, 130c) repräsentiert; und zumindest eine Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
10. Verfahren (300) zur Übertragung von Batteriesensordaten, wobei das Verfahren (300) den folgenden Schritt aufweist:
Ausgeben (320) eines Sensorsignals (168), welches eine physikalische Größe in oder an der Batteriezelle (130b) repräsentiert, unter Verwendung einer Batteriegehäusewand (180) und/oder einer Wand (175) einer Batteriezelle (130b) als Übertragungsmedium an ein Auswertungsgerät (170).
1 1 . Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (300) nach Anspruch 10, wenn das Programm auf einer Vorrichtung, einer Batteriesensordatenübertragungseinheit (165) oder einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird.
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