WO2020064797A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufwecken einer fahrzeugbatterie - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum aufwecken einer fahrzeugbatterie Download PDF

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WO2020064797A1
WO2020064797A1 PCT/EP2019/075803 EP2019075803W WO2020064797A1 WO 2020064797 A1 WO2020064797 A1 WO 2020064797A1 EP 2019075803 W EP2019075803 W EP 2019075803W WO 2020064797 A1 WO2020064797 A1 WO 2020064797A1
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threshold value
voltage
signal
wake
quiescent current
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PCT/EP2019/075803
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Inventor
Benjamin SCHWARZIEN
Henning Eisermann
Arkadius Klimas
Original Assignee
Clarios Advanced Solutions Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/005—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting using a power saving mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for waking up a vehicle battery. According to embodiments of the invention, this relates to devices and methods for waking or starting a battery management system of a battery with one or more battery modules.
  • a computer program and a battery management system are also specified which are suitable for carrying out the method.
  • Battery management systems are usually used to monitor and control a battery, in particular a battery based on lithium-ion technology, but also a lead battery. This can be designed to carry out security functions, to keep the state of charge of the individual cells at approximately the same level, and / or to monitor the status of individual cells or cell groups and the like.
  • external wake-up signals have usually been used to wake the battery management system from a sleep mode. For this, it is necessary that a processor of an additional control unit is operated continuously, that is to say also in the sleep mode of the battery management system, and, if necessary, transmits the wake-up signal to the battery management system.
  • Such devices for waking up a battery management system are known, for example, from US Pat. No. 6,489,749 B1, US Pat. No. 8,350,529 B2 and US Pat
  • the present invention is based on the task of developing a device or a method for waking up a battery management system of the type mentioned at the outset in such a way that power consumption can be further reduced when the device is in operation.
  • the invention further relates to a system according to the subordinate patent claim 17 and a computer program according to the subordinate patent claim 18.
  • the invention relates in particular to a device for waking up a battery management system and / or an on-board network of a vehicle or at least one component thereof, the device providing a device for detecting a quiescent current flowing in at least one area of the on-board network or the battery management system and for outputting one of these Detect quiescent current characterizing voltage and a comparator circuit for comparing the voltage with at least one predetermined or definable threshold value.
  • the comparator circuit is designed in particular if the predetermined o to emit a wake-up signal to the definable threshold value, the wake-up signal preferably having a voltage level that can be used directly by a microcontroller of the device or the battery management system.
  • This sensor system has at least one corresponding sensor, preferably a shunt.
  • other embodiments for detecting the quiescent current are also possible.
  • on-board network used herein is to be understood to mean the entirety of the electronic components in a vehicle, such as, for example, two-wheelers, automobiles, planes, ships or trains, which use electrical energy to operate the vehicle via a battery
  • vehicle such as, for example, two-wheelers, automobiles, planes, ships or trains
  • on-board electrical system also includes other on-board electrical systems, in particular 14 volt / 42-volt electrical systems and To understand 48-volt electrical systems as well as electrical systems with other voltage levels.
  • battery management system used here is to be understood as an electronic circuit which is used to monitor and regulate an arrangement of rechargeable battery cells of a rechargeable battery. Battery management systems of the type considered here are used, for example, for detecting the state of charge. Of course, this includes The term “battery management system” also includes other more complex systems with data interfaces and corresponding power electronics.
  • a “wake-up signal” is to be understood here as a signal that is used directly or indirectly by the battery management system to switch its controller, in particular microcontroller and / or possibly the associated on-board electrical system from a “sleep state” to an operating state offset.
  • the solution according to the invention is characterized in particular by the fact that the wake-up device functions without an additional control unit, which - in comparison to the solutions discussed at the outset and known from the prior art - drastically reduces the power requirement.
  • the device for detecting a quiescent current detects the quiescent current to be flowing in the at least one area of the battery management system (or, if appropriate, in a area of the vehicle electrical system) and outputs a voltage signal that characterizes this is compared by the comparator circuit with at least one predetermined threshold value.
  • the comparator circuit then emits a corresponding wake-up signal as soon as it is detected that the voltage signal output by the device for detecting a quiescent current exceeds the corresponding threshold value.
  • the device according to the invention has a device for activating and / or deactivating electronic components of the vehicle electrical system based on the wake-up signal, the device preferably having one or more CMOS circuits.
  • the possibility of activating or deactivating electronic components of the on-board electrical system enables this to be put into an even more energy-efficient state.
  • CMOS circuits enables a technically mature and energy-saving circuit structure.
  • the device can also have a device for filtering, in particular low-pass filtering, the voltage characterizing the detected quiescent current.
  • a device for filtering in particular low-pass filtering, the voltage characterizing the detected quiescent current.
  • interference signals such as thermal noise or also heat noise of the actual device, are filtered out, as a result of which a signal with a better signal-to-noise ratio (English: signal-to-noise ratio, SNR) is achieved.
  • the device can also have a device for amplifying the voltage characterizing the detected quiescent current, the amplification factor of the device preferably being dimensioned such that a CMOS voltage level of the voltage characterizing the quiescent current is reached.
  • the amplification unit can be used for a possibly subsequent signal processing. improved voltage level of the characterizing voltage can be achieved.
  • the characterizing voltage is increased to a CMOS voltage level, which facilitates further subsequent processing by means of CMOS circuits.
  • the device can also comprise a device for rectifying the amplified voltage. It is possible that the amplified voltage has a negative sign, which is a hindrance to a possible further processing, or at least complicates it. For this reason, rectification by a suitable device, for example a CMOS circuit, is advantageous.
  • the comparator circuit compares the voltage with a second predetermined or definable threshold value, the second threshold value preferably being a negative value and / or the second threshold value preferably being less than the first threshold value.
  • a comparator circuit designed in this way a signal-technical circuit is possible not only when a first threshold value is reached, but also when a second threshold value is reached. In this way, for example, a situation-dependent circuit can be implemented by waking up the charging and discharging function.
  • one embodiment provides that the device for rectification rectifies the second threshold value, in particular if the second threshold value is a negative value. This makes it possible, particularly in relation to previous embodiments, for two different positive threshold values to be defined.
  • the comparator circuit is designed to output a quiescent signal when the second threshold value is undershot, the quiescent signal preferably having a level which can be used directly by a microcontroller.
  • the device makes it possible for the device to output a rest signal in addition to the wake-up signal.
  • the first threshold value that is, the threshold value for the output of the wake-up signal
  • the second threshold value that is, that for the would be responsible for the quiet signal.
  • the threshold value of the wake-up signal lies above the threshold value of the idle signal in order to achieve a targeted wake-up of the battery management system and / or the on-board power supply.
  • the comparator circuit can also have a Schmitt trigger, the output of the Schmitt trigger preferably having a level that can be used directly by a microcontroller.
  • a Schmitt trigger and the hysteresis obtained thereby enables the wake-up signal or the idle signal to be output even more reliably. For example, a difference between the first threshold value and the second threshold value that lies over several powers can be realized by a Schmitt trigger.
  • the output wake-up signal and / or idle signal can also be held by the comparator circuit. This in particular simplifies possible subsequent processing by means of, for example, an analog or digital circuit.
  • the first threshold is in the range from lpV to 2000pV, preferably 10pV to 750pV, particularly preferably 50pV to 250pV. This achieves a finely adjustable threshold for the wake-up signal.
  • the second threshold value is in the range from ⁇ 0.1pV to ⁇ 500pV, preferably ⁇ lpV to ⁇ 250pV, particularly preferably ⁇ 10pV to ⁇ 100pV.
  • the device for detecting the quiescent current flowing in at least one area of the vehicle electrical system comprises at least one current sensor and / or at least one shunt. By using at least one current sensor or at least one shunt, a preferably low-impedance measuring device for the quiescent current is achieved, with here being minimized by influencing the battery management system or the vehicle electrical system.
  • the shunt has an ohmic resistance in the range from ImW to IitiW, preferably 25mW to 500mW, particularly preferably 50mW to 250mW. Due to this very low-resistance measuring resistor, the current causes a voltage drop proportional to its strength, which is measured. Influencing the battery management system or the electrical system is also almost impossible due to the very low-resistance values.
  • the object stated at the outset is achieved by a method for waking up a battery management system and / or an electrical system of a vehicle or at least one component thereof, in particular by means of a device according to one of the preceding embodiments, wherein the process comprises the following steps:
  • the method according to the invention makes it possible to implement a method that saves as much energy as possible, to implement a wake-up signal for a battery management system and / or an electrical system.
  • the method can also include the following steps: Comparing the voltage with a second threshold, and
  • the object stated at the outset is also achieved by a system with at least one device according to one of the preceding embodiments, at least one vehicle electrical system, and at least one battery. This achieves the advantages described in relation to the preceding exemplary embodiments of the device.
  • the task set at the outset is also achieved by a computer-readable storage medium which contains instructions which cause at least one processor to implement a method according to one of the preceding embodiments of the method if the instructions are carried out by at least one processor.
  • the computer-readable medium according to the invention including instructions that can be executed by the computer, results in improved information technology handling of the method according to the invention.
  • Figure 1 an embodiment of the invention in a schematic view
  • Figure 2 a detailed view of the current flow growth sensor of the figure
  • a management system is necessary for lithium-ion batteries or lithium-ion cells, since with such a management system, for example, the uniform charging of the cells, different safety functions, status monitoring and various other safety-relevant functions can be carried out.
  • Such a management system has a so-called sleep mode, in which the lowest possible energy consumption is desirable.
  • a special microcontroller wake-up signal must be implemented, this being generally referred to as an ignition function. If this is not available, this functionality must be implemented with another sensor.
  • the present invention describes, for example, a sensor or a device, which measures the current flow in the vehicle electrical system or at least one component thereof and outputs a wake-up signal if a positive or negative current flows that is higher than the current flow in the sleep mode of the vehicle or a component thereof.
  • the sensor or the device can have different resistances, the different resistances having different resistance values in order to set the necessary wake-up points or the necessary positive or negative current flows.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention for waking up a battery management system (BMS) and / or an electrical system of a vehicle or at least one component thereof.
  • BMS battery management system
  • a battery 1 is shown, which is connected both to a load 2 and to a resistor 3.
  • the resistor 3 is, for example, an ohmic resistor, preferably a so-called shunt resistor.
  • the load 2 and the resistor 3 are as shown schematically, also connected to each other.
  • the load 2 can be, for example, the vehicle's electrical system, or just part of it.
  • the resistor 3 is the device for detecting a quiescent current flowing in at least one area of the BMS or vehicle electrical system. This registered quiescent current can be converted into a characterizing voltage using Ohm's formula.
  • the measuring lines 4 shown connect the resistor 3 to a current flow wake-up sensor 5.
  • the current flow wake-up sensor 5 has a comparator circuit which emits a wake-up signal when the threshold value is exceeded, this wake-up signal preferably having a voltage level which can be directly determined by a - A microcontroller can be used or processed.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the current flow growth sensor 5.
  • the voltage measured in the area of the BMS or the on-board electrical system, indicated by an arrow, is transferred to the input filter 6.
  • the input filter 6 has the function of filtering the measured voltage, so that, for example, thermal noise or shot noise is filtered.
  • the filtered voltage is fed to a precision amplifier 7.
  • This has an amplification factor which is dimensioned such that a CMOS voltage level is reached at the output of the precision amplifier 7.
  • the voltage amplified in this way is passed on to a precision rectifier 8.
  • the precision rectifier 8 is designed such that it rectifies any negative voltages that occur, so that a positive signal is achieved.
  • the comparator circuit is, for example, a Schmitt trigger 9, which compares the voltage with two predetermined or definable threshold values and outputs a quiescent signal when the lower threshold value is undershot.
  • the idle signal preferably has a level that can be used directly by a microcontroller.
  • the Schmitt trigger 9 has a hysteresis, as a result of which different voltage threshold values for the idle signal or a wake-up signal can be defined. These signals can be output by the Schmitt trigger 9 either through a digital or analog output 10.
  • This output by the Schmitt trigger 9 is that the output 10 already has a corresponding voltage level, so that the output signal can be used directly by a microcontroller of a subsequent wake-up or rest system (not shown). It is of course also possible for the Schmitt trigger 9 to hold the issued wake-up signal or the issued idle signal for a period of time to be determined.
  • the first voltage threshold value is preferably in a range from 1 pV to 2000 pV, particularly preferably 10 pV to 750 pV. It has turned out to be particularly preferred if the first voltage threshold value is selected in a range from 50 pV to 250 pV.
  • the second voltage threshold is, for example, in a range from ⁇ 0.1 pV to ⁇ 500 pV, preferably in the range from ⁇ 1 pV to ⁇ 250 pV, particularly preferably in the range from ⁇ 10 pV to ⁇ 100 pv.
  • the resistor is, for example, a shunt with a resistance value in the range from 1 pOhm to 1 mOhm, preferably 25 pOhm to 500 pOhm, particularly preferably 50 pOhm to 250 pOhm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwecken einer Fahrzeugbatterie, eines Batteriemanagementsystems (BMS) und/oder eines Bordnetzes eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente hiervon, aufweisend: - eine Einrichtung zum Erfassen eines in mindestens einem Bereich des BMS oder Bordnetzes fließenden Ruhestroms und zum Ausgeben einer dem erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung, und - eine Komparator-Schaltung zum Vergleichen der Spannung mit mindestens einem vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert, wobei die Komparator-Schaltung ausgebildet ist, bei Überschreiten des Schwellwertes ein Aufwecksignal abzugeben, wobei das Aufwecksignal vorzugsweise ein direkt durch einen Mikrocontroller verwendbares Spannungs-Niveau aufweist.

Description

VORRICHTUNG UN D VERFAH REN ZUM AUFWECKEN EINER FAH RZEUGBATTERIE
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Aufwecken einer Fahrzeugbatterie. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese Vorrich- tungen und Verfahren zum Aufwecken bzw. Starten eines Batteriemanagement- systems einer Batterie mit einer oder mehreren Batteriemodulen.
Weiterhin wird ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem ange- geben, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind . Batteriemanagementsysteme (BMS) dienen in der Regel dazu, eine Batterie, ins besondere eine auf der Lithium-Ionen-Technologie basierende Batterie, aber auch eine Bleibatterie, zu überwachen und zu steuern. Diese kann dabei dazu ausge- legt sein, Sicherheitsfunktionen auszuführen, den Ladezustand der einzelnen Zel- len auf einem in etwa gleichen Niveau zu halten, und/oder den Status von einzel- nen Zellen oder Zellgruppen überwachen und dergleichen. Bisher wurde üblicher- weise auf externe Aufwecksignale zurückgegriffen, um das Batteriemanagement- system aus einem Schlafmodus aufzuwecken. Hierzu ist es erforderlich, dass ein Prozessor einer zusätzlichen Steuerungseinheit dauerhaft, also auch im Schlafmo- dus des Batteriemanagementsystems, betrieben wird und bedarfsweise das Auf- wecksignal an das Batteriemanagementsystem weitergibt. Derartige Vorrichtungen zum Aufwecken eines Batteriemanagementsystems sind beispielsweise aus der US 6,489,749 Bl, der US 8,350,529 B2 und der
US 2013/0314047 Al bekannt.
Da bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Wake-Up-Schaltungen vor- gesehen ist, dass mindestens ein Prozessor auch im Schlafmodus des Batteriema- nagementsystems dauerhaft betrieben wird, liegt ein relativ hoher Strombedarf vor, was insbesondere dann nachteilig ist, wenn sich zum Zwecke des Stromspa- rens das Batteriemanagementsystem im Schlafmodus befindet.
Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Auf- gabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Aufwecken eines Batte- riemanagementsystems der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass beim Betrieb der Vorrichtung der Stromverbrauch weiter reduziert werden kann.
Im Hinblick auf die Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein System gemäß dem nebengeordneten Patentan- spruch 17 sowie ein Computerprogramm gemäß dem nebengeordneten Patentan- spruch 18.
Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zum Aufwecken eines Batteriemanagementsystems und/oder eines Bordnetzes eines Fahrzeuges oder zumindest einer Komponente hiervon, wobei die Vorrichtung eine Einrich tung zum Erfassen eines in mindestens einem Bereich des Bordnetzes bzw. des Batteriemanagementsystems fließenden Ruhestroms und zum Ausgeben einer dem erfassen Ruhestrom charakterisierenden Spannung sowie eine Komparator- Schaltung zum Vergleichen der Spannung mit mindestens einem vorab festgeleg- ten oder festlegbaren Schwellwert aufweist. Erfindungsgemäß ist die Komparator- Schaltung insbesondere ausgebildet, bei Überschreiten des vorab festgelegten o- der festlegbaren Schwellwerts ein Aufwecksignal (englisch : wake-up Signal) abzu- geben, wobei das Aufwecksignal vorzugsweise ein direkt durch einen Mikrocon- troller der Vorrichtung oder des Batteriemanagementsystems verwendbares Span- nungsniveau aufweist.
Unter dem hierin verwendeten Begriff„Einrichtung zum Erfassen eines Ru- hestroms" ist jedwede Sensorik zu versehen, die ausgelegt ist, einen Ruhestrom, d. h. einen relativ geringen Strom, wirkungsvoll zu erfassen. Diese Sensorik weist mindestens einen entsprechenden Sensor, vorzugsweise einen Shunt auf. Selbst- verständlich kommen aber auch andere Ausführungsformen zum Erfassen des Ru- hestroms infrage.
Weiterhin soll der hierin verwendete Begriff„Bordnetz" die Gesamtheit der elekt- ronischen Komponenten in einem Fahrzeug, wie beispielsweise Zweirad, Automo- bil, Flugzeug, Schiff oder Eisenbahn, verstanden, die im Betrieb des Fahrzeuges über eine Batterie des Fahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen sind. Hierunter fallen insbesondere 12-Volt-Bordnetze, mit denen der Stromverbrauch bei Fahrzeugen (Automobile) für ihr Komfortsystem benötigen. Darüber hinaus sind unter dem Begriff„Bordnetz" selbstverständlich auch andere Bordnetze, ins besondere 14 Volt/42 Volt-Bordnetze und 48-Volt-Bordnetze zu verstehen sowie Bordnetze mit anderen Spannungsniveaus.
Unter dem hierin verwendeten Begriff„Batteriemanagementsystem" ist eine elekt- ronische Schaltung zu verstehen, welche zur Überwachung und Regelung einer Anordnung von nachladbaren Akkumulatorenzellen einer wiederaufladbaren Batte- rie dient. Batteriemanagementsysteme der hierin betrachteten Art dienen bei- spielsweise zur Ladezustandserkennung. Selbstverständlich fallen unter dem Be- griff„Batteriemanagementsystem" auch andere komplexere Systeme mit Daten- schnittstellen und einer entsprechenden Leistungselektronik.
Unter einem„Aufwecksignal" ist hierin ein Signal zu verstehen, welches von dem Batteriemanagementsystem direkt oder indirekt genutzt wird, um seinen Control- ler, insbesondere Mikrocontroller und/oder ggf. das zugehörige Bordnetz aus ei- nem„Schlaf Zustand" in einen Betriebszustand zu versetzen. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Wake-up Vorrichtung ohne eine zusätzliche Steuerungseinheit funktioniert, was somit - im Vergleich zu den eingangs diskutierten und aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen - den Strombedarf drastisch reduziert. Gemäß Ausführungs- formen der erfindungsgemäßen Lösung wird mit Hilfe der Einrichtung zum Erfas- sen eines Ruhestroms der dem mindestens einen Bereichs des Batteriemanage- mentsystems (oder gegebenenfalls in einem Bereich des Bordnetzes zu fließender Ruhestrom) erfasst und ein hierzu charakterisierendes Spannungssignal ausgege- ben, welches von der Komparator-Schaltung mit mindestens einem vorab festge- legten Schwellwert verglichen wird. Die Komparator-Schaltung gibt dann ein ent- sprechendes Aufwecksignal ab, sobald erfasst wird, dass das von der Einrichtung zum Erfassen eines Ruhestroms ausgegebene Spannungssignal den entsprechen- den Schwellwert überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ein richtung zum Aktivieren und/oder Deaktivieren von elektronischen Komponenten des Bordnetzes basierend auf dem Aufwecksignal auf, wobei die Einrichtung vor- zugsweise eine oder mehrere CMOS-Schaltungen aufweist. Durch die Möglichkeit des Aktivierens bzw. Deaktivierens von elektronischen Komponenten des Bordnet- zes kann dieses in einen noch energiesparsameren Zustand versetzt werden.
Durch die bevorzugte Ausführungsform der CMOS-Schaltungen wird ein technisch ausgereifter und energiesparsamer Schaltungsaufbau ermöglicht.
Ebenfalls kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Filtern, insbesondere Tief- passfiltern, der den erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung, aufwei- sen. Hierdurch werden Störsignale, wie beispielsweise thermisches Rauschen oder auch Wärmerauschen der eigentlichen Vorrichtung herausgefiltert, wodurch ein Signal mit einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis (englisch : Signal-to-Noise Ra- tio, SNR) erreicht wird.
Auch kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Verstärken der den erfassten Ru- hestrom charakterisierenden Spannung aufweisen, wobei der Verstärkungsfaktor der Einrichtung vorzugsweise derart bemessen ist, dass ein CMOS-Spannungsni- veau der den Ruhestrom charakterisierenden Spannung erreicht wird. Durch die Verstärkungseinheit kann ein für eine möglicherweise nachfolgende Signalverar- beitung verbessertes Spannungs-Niveau der charakterisierenden Spannung er- reicht werden. In der vorzugsweisen Weiterbildung wird die charakterisierende Spannung auf ein CMOS-Spannungsniveau erhöht, wodurch eine weitere nachfol- gende Weiterverarbeitung mittels CMOS-Schaltungen erleichtert wird.
Ebenso kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Gleichrichten der verstärkten Spannung umfassen. Es ist möglich, dass die verstärkte Spannung ein negatives Vorzeichen besitzt, welches für eine möglicherweise folgende Weiterverarbeitung hinderlich ist, oder diese zumindest erschwert. Aus diesem Grund ist ein Gleich richten durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise eine CMOS-Schaltung, vorteilhaft.
Außerdem sieht eine Ausführungsform vor, dass die Komparator-Schaltung die Spannung mit einem zweiten vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert vergleicht, wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise ein negativer Wert ist, und/oder wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise kleiner ist als der erste Schwellwert. Durch eine derart ausgebildete Komparator-Schaltung ist eine sig- naltechnische Schaltung nicht nur bei Erreichen eines ersten Schwellwertes mög- lich, sondern auch bei Erreichen eines zweiten Schwellwertes. Hierdurch ist bei- spielsweise eine situationsabhängige Schaltung realisierbar, indem das Aufwecken von Lade- und Entladefunktion möglich ist.
Ferner sieht eine Ausführungsform vor, dass die Einrichtung zum Gleichrichten den zweiten Schwellwert gleichrichtet, insbesondere, wenn der zweite Schwell- wert ein negativer Wert ist. Hierdurch ist es insbesondere in Bezug auf vorheri- gen Ausführungsformen möglich, dass zwei unterschiedliche positive Schwell- werte definiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Komparator-Schaltung dazu ausgebil- det, bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts ein Ruhesignal auszugeben, wo- bei das Ruhesignal vorzugsweise ein Niveau aufweist, das direkt durch einen Mik rocontroller verwendbar ist. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, dass die Vorrichtung neben dem Aufwecksignal ein Ruhesignal ausgibt. So ist es beispiels- weise möglich, dass der erste Schwellwert, also der Schwellwert für die Ausgabe des Aufwecksignals, höher ist, als der zweite Schwellwert, also der für die Aus- gäbe des Ruhesignals verantwortliche. Hierdurch kann die Vorrichtung bei Errei- chen eines niedrigen Ruhestroms in den Ruhezustand versetzt werden. Da es vor- teilhaft ist, das Niveau des Ruhestroms möglichst niedrig zu wählen, wäre ein derart niedriger Schwellwert für ein Aufwecksignal nachteilig, da dadurch insbe- sondere durch Rauschen ein ständiges Wechseln zwischen dem Aufweck- bzw. dem Ruhezustand resultieren würde. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, dass der Schwellwert des Aufwecksignals über dem Schwellwert des Ruhesignals liegt, um ein gezieltes Aufwecken des Batteriemanagementsystems und/oder des Bordnet- zes zu erreichen.
Auch kann die Komparator-Schaltung einen Schmitt-Trigger aufweisen, wobei vor- zugsweise der Ausgang des Schmitt-Triggers ein Niveau aufweist, das direkt durch einen Mikrocontroller verwendbar ist. Durch die Verwendung eines Schmitt- Triggers und der hierdurch gewonnenen Hysterese, kann eine noch sichere Aus- gabe des Aufwecksignals bzw. des Ruhesignals erreicht werden. So kann bei- spielsweise ein über mehrere Potenzen liegender Unterschied zwischen dem ers- ten Schwellwert und den zweiten Schwellwert durch einen Schmitt-Trigger reali- siert werden.
Ebenfalls kann das abgegebene Aufwecksignal und/oder Ruhesignal durch die Komparator-Schaltung gehalten werden. Hierdurch wird insbesondere eine mögli- che nachfolgende Verarbeitung mittels beispielsweise einer analogen oder digita- len Schaltung vereinfacht.
Darüber hinaus liegt gemäß einer Ausführungsform der erste Schwellwert im Be- reich von lpV bis 2000pV, bevorzugt 10pV bis 750pV, besonders bevorzugt 50pV bis 250pV. Hierdurch wird ein fein justierbarer Schwellwert für das Aufwecksignal erreicht.
Auch sieht eine Ausführungsform vor, dass der zweite Schwellwert im Bereich von ±0,lpV bis ±500pV, bevorzugt ±lpV bis ±250pV, besonders bevorzugt ± 10pV bis ±100pV, liegt. Hierdurch wird ein fein justierbarer Schwellwert für das Ruhesignal realisiert, wobei dieser sowohl negativ, als auch positiv sein kann, je nachdem, ob eine Gleichrichtung wünschenswert ist, oder nicht. Zudem sieht eine Ausführungsform vor, dass die Einrichtung zum Erfassen des in mindestens einem Bereich des Bordnetzes fließenden Ruhestroms mindestens ei- nen Stromsensor und/oder mindestens einen Shunt umfasst. Durch die Verwen- dung mindestens eines Stromsensors bzw. mindestens eines Shunts wird eine be- vorzugt niederohmige Messvorrichtung für den Ruhestrom erreicht, wobei hier durch die Beeinflussung des Batteriemanagementsystems oder des Bordnetzes minimiert wird.
So weist der Shunt gemäß einer Ausführungsform einen ohmschen Widerstand im Bereich von ImW bis IitiW, bevorzugt 25mW bis 500mW, besonders bevorzugt 50mW bis 250mW auf. Durch diesen sehr niederohmigen Messwiderstand verursacht der Strom einen zu seiner Stärke proportionalen Spannungsabfall, wobei dieser ge- messen wird. Auch wird durch die sehr niederohmigen Werte eine Beeinflussung des Batteriemanagementsystems oder des Bordnetzes nahezu ausgeschlossen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die eingangs ge- stellte Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufwecken eines Batteriemanagement- systems und/oder eines Bordnetzes eines Fahrzeugs oder zumindest einer Kompo- nente hiervon gelöst, insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der vor- hergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen eines in mindestens einem Bereich des Bordnetzes fließenden Ru- hestroms,
Ausgeben einer dem erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung, Vergleichen der Spannung mit mindestens einem vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert, und
Abgeben eines Aufwecksignals bei Überschreiten des Schwellwertes.
Durch ein derartiges Verfahren werden die in Bezug auf die vorangehenden Aus- führungsformen der Vorrichtung beschriebenen Vorteile erzielt. Außerdem ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, dass eine möglichst energiespa- rende Methode realisiert wird, ein Aufwecksignal für ein Batteriemanagementsys- tem und/oder eine Bordnetz zu realisieren.
Auch kann das Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform die folgenden Schritte umfassen : Vergleichen der Spannung mit einem zweiten Schwellwert, und
Ausgeben eines Ruhesignals bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts.
Hierdurch ist es möglich, dass neben dem Aufwecksignal, ein Ruhesignal für das Batteriemanagementsystem und/oder das Bordnetz realisiert wird. So ist es durch das beschriebene Verfahren möglich, dass die Schwellwerte für das Ruhesignal bzw. das Aufwecksignal unterschiedlich sind, wodurch die bereits in Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Vorteile auch mit dem Verfahren erzielt werden.
Auch wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein System mit mindestens einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ausführungsformen, mindestens ei- nem Bordnetz, und mindestens einer Batterie gelöst. Hierdurch werden die in Be- zug auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele der Vorrichtung beschriebenen Vorteile erreicht.
Ebenso wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein computerlesbares Speicher- medium gelöst, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsfor- men des Verfahrens zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden. Durch das erfindungsgemäße computerles- bare Medium einschließlich computerausführbarer Anweisungen wird eine verbes- serte informationstechnische Handhabung des erfindungsgemäßen Verfahrens be- wirkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 : eine Ausführungsform der Erfindung in schematischer An- sicht;
Figur 2: eine Detailansicht des Stromfluss-Aufwachsensors der Figur
1.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet. In naher Zukunft werden Standardbatteriesysteme für Fahrzeuge oder zumindest einer Komponente hiervon ein komplexes Managementsystem aufweisen. Bei- spielsweise ist ein Managementsystem notwendig für Lithiumionenbatterien bzw. Lithiumionenzellen, da mit einem derartigen Managementsystem beispielsweise die gleichmäßige Ladung der Zellen, unterschiedliche Sicherheitsfunktionen, Sta- tusüberwachung und diverse andere sicherheitsrelevante Funktionen ausgeführt werden können.
Es ist wünschenswert, dass ein derartiges Managementsystem einen sogenannten Schlaf-Modus besitzt, wobei in diesem ein möglichst geringer Energieverbrauch wünschenswert ist. Hierbei muss ein spezielles Mikrocontroller-Aufwecksignal im- plementiert werden, wobei dieses im Allgemeinen als Zündfunktion bezeichnet wird. Sollte dieses nicht vorhanden sein, muss diese Funktionalität mit einem an- deren Sensor implementiert werden.
Die vorliegende Erfindung beschreibt beispielsweise einen Sensor bzw. eine Vor- richtung, wobei dieser bzw. diese den Stromfluss im Bordnetz oder zumindest ei- ner Komponente hiervon misst und ein Aufwecksignal ausgibt, falls ein positiver oder negativer Strom fließt, der höher ist als der Stromfluss im Schlafmodus des Fahrzeugs bzw. einer Komponente hiervon. Der Sensor bzw. die Vorrichtung kann unterschiedliche Widerstände aufweisen, wobei die unterschiedlichen Widerstände unterschiedliche Widerstandswerte besitzen, um die notwendigen Aufweckpunkte bzw. die notwendigen positiven oder negativen Stromflüsse einzustellen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung reicht beispielsweise das Betätigen ei- nes Türöffners des Fahrzeuges, das Aktivieren einer Signallampe oder anderen Leuchtquelle, das Aktivieren eines Fahrzeug-Entertainmentsystems und/oder das Betätigen/Aktivieren eines anderen elektrischen Verbrauchers des Fahrzeuges aus, um das Mikrocontroller-Aufwecksignal zu initiieren.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwecken eines Batteriemanagementsystems (BMS) und/oder eines Bordnetzes eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente hiervon. Es ist eine Batterie 1 abgebildet, die sowohl mit einer Last 2 als auch mit einem Widerstand 3 verbun- den ist. Der Widerstand 3 ist beispielsweise ein ohmscher Widerstand, vorzugs- weise ein sogenannter Shunt-Widerstand. Die Last 2 und der Widerstand 3 sind, wie schematisch gezeigt, ebenfalls miteinander verbunden. Die Last 2 kann bei- spielsweise das Bordnetz des Fahrzeuges sein, oder auch nur ein Teil davon. Der Widerstand 3 ist in der vorliegenden Ausführungsform die Einrichtung zum Erfas- sen eines in mindestens einem Bereich des BMS oder Bordnetzes fließenden Ru- hestroms. Durch die Ohm'sche Formel kann dieser erfasste Ruhestrom in eine charakterisierende Spannung umgerechnet werden.
Ebenfalls sind in der Figur 1 zwei Messleitungen 4 zu erkennen. Die dargestellten Messleitungen 4 verbinden den Widerstand 3 mit einem Stromfluss-Aufwach- sensor 5. Der Stromfluss-Aufwachsensor 5 weist eine Komparator-Schaltung auf, die bei Überschreiten des Schwellwerts ein Aufwecksignal abgibt, wobei dieses Aufwecksignal vorzugsweise ein Spannungsniveau aufweist, das direkt durch ei- nen Mikrocontroller verwendbar bzw. verarbeitbar ist.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht des Stromfluss-Aufwachsensors 5. Die im Bereich der BMS oder des Bordnetzes gemessene Spannung wird, angedeutet durch einen Pfeil, an den Eingangsfilter 6 übergeben. Der Eingangsfilter 6 hat die Funktion, die gemessene Spannung zu filtern, so dass beispielsweise thermisches Rauschen oder Schrotrauschen gefiltert wird. Die gefilterte Spannung wird einem Präzisi- onsverstärker 7 zugeführt. Dieser besitzt einen Verstärkungsfaktor, der derart be- messen ist, dass am Ausgang des Präzisionsverstärkers 7 ein CMOS-Spannungsni- veau erreicht wird. Die derart verstärkte Spannung wird an einen Präzisions- gleichrichter 8 weitergegeben. Der Präzisionsgleichrichter 8 ist derart gestaltet, dass er eventuell auftretende negative Spannungen gleichrichtet, so dass ein po- sitives Signal erreicht wird.
Ein mögliches Ausgangssignal des Präzisionsgleichrichters 8 ist in der Figur 2 ne- ben diesem abgebildet. Die Komparatorschaltung ist in dieser Ausführungsform beispielsweise ein Schmitt-Trigger 9, wobei dieser die Spannung mit zwei vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwerten vergleicht und bei Unterschreiten des geringeren Schwellwerts ein Ruhesignal ausgegeben wird. Das Ruhesignal weist vorzugsweise ein Niveau auf, das direkt durch einen Mikrocontroller ver- wendbar ist. Der Schmitt-Trigger 9 besitzt eine Hysterese, wodurch unterschiedli- che Spannungsschwellwerte für das Ruhesignal bzw. ein Aufwecksignal definiert werden können. Diese Signale können durch den Schmitt-Trigger 9 entweder durch einen digitalen bzw. analogen Ausgang 10 ausgegeben werden. Ein Vorteil dieser Ausgabe durch den Schmitt-Trigger 9 ist, dass der Ausgang 10 bereits ei- nen entsprechenden Spannungspegel aufweist, so dass das ausgegebene Signal direkt durch einen Mikrocontroller eines anschließenden Aufwach- bzw. Ruhesys- tems (nicht abgebildet) verwendbar ist. Auch ist es selbstverständlich möglich, dass der Schmitt-Trigger 9 das ausgegebene Aufwecksignal bzw. das ausgege- bene Ruhesignal über einen zu bestimmenden Zeitraum hält.
Vorzugsweise liegt der erste Spannungs-Schwellwert in einem Bereich von 1 pV bis 2000 pV, besonders bevorzugt 10 pV bis 750 pV. Es hat sich als besonders bevorzugt herausgestellt, wenn der erste Spannungs-Schwellwert in einem Be- reich von 50 pV bis 250 pV gewählt wird. Der zweite Spannungs-Schwellwert liegt beispielsweise in einem Bereich von ±0,1 pV bis ± 500 pV, bevorzugt in dem Be- reich von ±1 pV bis ±250 pV, besonders bevorzugt in dem Bereich von ± 10 pV bis ± 100 pv.
Der Widerstand ist beispielsweise ein Shunt mit einem Widerstandswert im Be- reich von 1 pOhm bis 1 mOhm, bevorzugt 25 pOhm bis 500 pOhm, besonders be- vorzugt 50 pOhm bis 250 pOhm.
Bezuaszeichenliste
Batterie
Last
Widerstand
Messleitungen
Stromfluss-Aufwachsensor
Eingangsfilter
Präzisionsverstärker
Präzisionsgleichrichter
Schmitt-Trigger
Ausgang

Claims

VORRICHTUNG UN D VERFAH REN ZUM AUFWECKEN EINER FAH RZEUGBATTERIE Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Aufwecken einer Fahrzeugbatterie, eines
Batteriemanagementsystems (BMS) und/oder eines Bordnetzes eines Fahrzeugs oder zumindest einer Komponente hiervon, aufweisend :
eine Einrichtung zum Erfassen eines in mindestens einem Bereich des BMS oder Bordnetzes fließenden Ruhestroms und zum Ausgeben einer dem erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung, und eine Komparator-Schaltung zum Vergleichen der Spannung mit mindestens einem vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert, wobei die Komparator-Schaltung ausgebildet ist, bei Überschreiten des Schwellwertes ein Aufwecksignal abzugeben, wobei das Aufwecksignal vorzugsweise ein direkt durch einen Mikrocontroller verwendbares
Spannungs-Niveau aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Aktivieren und/oder
Deaktivieren von elektronischen Komponenten des Bordnetzes basierend auf dem Aufwecksignal aufweist, wobei die Einrichtung vorzugsweise eine oder mehrere CMOS-Schaltungen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Filtern, insbesondere
Tiefpassfiltern, der den erfassten Ruhestrom charakterisierenden
Spannung, aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Verstärken der den erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung aufweist, wobei der
Verstärkungsfaktor der Einrichtung vorzugsweise derart bemessen ist, dass ein CMOS-Spannungsniveau der den Ruhestrom charakterisierenden Spannung erreicht wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Gleichrichten der verstärkten Spannung umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Komparator-Schaltung die Spannung mit einem zweiten vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert vergleicht, wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise ein negativer Wert ist, und/oder wobei der zweite Schwellwert vorzugsweise kleiner ist als der erste Schwellwert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei die Einrichtung zum Gleichrichten den zweiten Schwellwert gleichrichtet, insbesondere, wenn der zweite Schwellwert ein negativer Wert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
wobei die Komparator-Schaltung dazu ausgebildet ist, bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts ein Ruhesignal auszugeben, wobei das
Ruhesignal vorzugsweise ein Niveau aufweist, das direkt durch einen Mikrocontroller verwendbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Komparator-Schaltung einen Schmitt-Trigger aufweist, wobei vorzugsweise der Ausgang des Schmitt-Triggers ein Niveau aufweist, das direkt durch einen Mikrocontroller verwendbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das abgegebene Aufwecksignal und/oder Ruhesignal durch die Komparator-Schaltung gehalten wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Schwellwert im Bereich von lpV bis 2000pV, bevorzugt 10pV bis 750pV, besonders bevorzugt 50pV bis 250pV liegt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der zweite Schwellwert im Bereich von ±0,lpV bis ±500pV, bevorzugt ±lpV bis ±250pV, besonders bevorzugt ± 10pV bis ±100pV liegt.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einrichtung zum Erfassen des in mindestens einem Bereich des Bordnetzes fließenden Ruhestroms mindestens einen Stromsensor und/oder mindestens einen Shunt aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
wobei der Shunt einen ohmschen Widerstand im Bereich von ImW bis IitiW, bevorzugt 25mW bis 500mW, besonders bevorzugt 50mW bis 250mW aufweist.
15. Verfahren zum Aufwecken eines Bordnetzes eines Fahrzeugs oder
zumindest einer Komponente hiervon, insbesondere mittels einer
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Verfahren die Schritte aufweist:
Erfassen eines in mindestens einem Bereich des Bordnetzes fließenden Ruhestroms,
Ausgeben einer dem erfassten Ruhestrom charakterisierenden Spannung,
Vergleichen der Spannung mit mindestens einem vorab festgelegten oder festlegbaren Schwellwert, und Abgeben eines Aufwecksignals bei Überschreiten des Schwellwertes.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Vergleichen der Spannung mit einem zweiten Schwellwert, und Ausgeben eines Ruhesignals bei Unterschreiten des zweiten Schwellwerts.
17. System mit mindestens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mindestens einem Bordnetz, und mindestens einer Batterie.
18. Computerlesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
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