WO2022023150A1 - Verfahren zum betreiben einer batteriespeichervorrichtung und batteriespeichervorrichtung - Google Patents

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WO2022023150A1
WO2022023150A1 PCT/EP2021/070484 EP2021070484W WO2022023150A1 WO 2022023150 A1 WO2022023150 A1 WO 2022023150A1 EP 2021070484 W EP2021070484 W EP 2021070484W WO 2022023150 A1 WO2022023150 A1 WO 2022023150A1
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Johannes Schneider
Thomas Dufaux
Sven SCHILDT
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an apparatus and an apparatus.
  • JP 2013 051762 A discloses a vehicle control device.
  • WO 2017/0143748 A1 shows a power battery and a safety system for a power battery in an electric vehicle.
  • the core of the invention in the method for operating a device, in particular a vehicle, having a device controller and an electrical energy store with a control unit consists in the control unit sending a first status message to the device controller at regular time intervals, the control unit sends at least one second status message to the device controller that includes a second error message, wherein the device controller performs a safety response when it has received a second status message and reception of the first status message has been interrupted.
  • the background to the invention is that a defect in the electrical energy store, which quickly destroys the control unit of the electrical energy store, can be reliably detected. In this case, an unnecessary security reaction, which is carried out due to a short-term failure of communication or due to an incorrect second status message, is avoided.
  • the number or frequency of the first status messages can be reduced, so that the message density between the device controller and the control unit can be reduced.
  • control unit is arranged adjacent to the electrical energy storage cells, there is a risk that the control unit will be damaged shortly after a defect in an electrical energy storage cell due to hot gas escaping from an electrical energy storage cell.
  • the safety action is carried out, whereby if there is no voltage drop within the first time window, it is checked whether a second status message was received in a second time window before the reception of the first status message was interrupted, which indicates an error other than indicates a drop in voltage of the electrical energy store's, wherein if another error is present within the second time window, the safety action is performed.
  • the advantage here is that in the event of a voltage drop in an electrical energy storage cell, which can lead to a critical state of the electrical energy storage device within a short period of time, a rapid response is provided. In the case of other errors, the evaluation can be longer.
  • the second time window is advantageously larger than the first time window, in particular more than ten times as large, in particular the first time window being less than 10 s, in particular 2 s, and/or the second time window being more than 20 s, in particular 60 s , is long. This reduces the risk of a safety reaction due to a voltage drop due to a sensor error that happened to have occurred before the first status messages were interrupted, since a voltage drop can only cause a failure of the control unit within the first time window.
  • the first status message has an activity signal.
  • the functionality of the control unit can thus be monitored by means of the first status message.
  • the first status message has a first error message, the first error message having been checked for plausibility, in particular having been checked for plausibility by a monitoring unit of the control unit.
  • the first status message contains the first error message only if an error could be checked for plausibility. The first status message can therefore trigger a security response independently of the second status message.
  • the first status message has a first error message.
  • the first status message brings about the safety reaction independently of the second status message.
  • the second status message is advantageously sent without waiting for the second error message to be checked for plausibility. As a result, the second status message can be sent faster than the first status message.
  • the second status message is sent again until the control unit receives confirmation of receipt for the second status message from the device controller.
  • the second status message is caused to reach the device controller.
  • the second status message is only sent for as long as is necessary to inform the device controller.
  • the second status message is sent at a higher frequency than the first status message, in particular at a frequency that is at least ten times higher, in particular with a period of 2 ms. As a result, the second status message is received faster than the first status message.
  • the second status message is sent with a higher priority than the first status message.
  • the first status message is advantageously sent several times per second, in particular with the first status message having a period of 100 ms.
  • the receipt of the first status message is monitored by the device control, in particular with a debouncing time of 3 s.
  • the safety reaction is a warning message and/or a shutdown of the electrical energy store and/or a discharge of the electrical energy store.
  • the advantage here is that the type of safety response can be selected depending on the type of error.
  • the core of the invention in the device is that the device is set up to be operated using a method as described above or according to one of the claims relating to the method .
  • the background to the invention is that a defect in the electrical energy store, which quickly destroys the control unit of the electrical energy store, can be reliably detected. In this case, an unnecessary security reaction, which is carried out due to a short-term failure of communication or due to an incorrect second status message, is avoided. At the same time, the number or frequency of the first status messages can be reduced, so that the message density between the device controller and the control unit can be reduced.
  • Fig. 2 shows a time course of events after the damage to the electrical energy storage cell's
  • FIG. 3 shows a diagnostic path and status messages resulting therefrom during the method 200 according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic flow chart of the method 200 according to the invention for operating a device.
  • the voltage curve U2 (t) of a damaged electrical energy storage cell of an electrical energy store is shown.
  • the voltage profile Ul(t) of at least one further electrical energy storage cell of the electrical energy storage device is shown.
  • the electrical energy store is compact and has a nominal voltage that is less than 60 V, preferably 48 V or 24 V or 12 V.
  • the electrical energy storage device has fewer than twenty electrical energy storage cells, preferably the electrical energy storage device has between four and sixteen electrical energy storage cells.
  • the electrical energy store has a control unit 10 , sensors and a communication interface 11 .
  • the control unit 10, which has the communication interface 11, has a circuit board which is arranged adjacent to the electrical energy storage cells.
  • the sensors in particular a current sensor and/or a voltage sensor and/or a temperature sensor, are set up to record measurement data from the electrical energy storage cells.
  • the sensors are connected to the control unit 10 in a data-conducting manner.
  • the control unit 10 is set up to evaluate the measurement data, in particular to compare them with stored limit values, and to send status messages (103, 102) to a device controller 12 by means of the communication interface 11 .
  • the control unit 10 of the electrical energy store is arranged in the immediate vicinity of the electrical energy storage cells.
  • the electrical energy storage cell is damaged, in particular pierced by a nail. Shortly after the first point in time tl, the voltage U2 of the electrical energy storage cell begins to decrease slightly, while the voltage U1 of the further electrical energy storage cell initially remains constant. At the same time, the damaged electrical energy storage cell begins to degas.
  • the voltage U2 of the damaged electrical energy storage cell has a maximum decrease or a maximum negative increase.
  • the voltage U2 of the damaged electrical energy storage cell and the voltage U1 of the further electrical energy storage cell drop.
  • the first damage to the control unit 10 occurs, so that the measurement data from the sensors can no longer be reliably evaluated.
  • the communication between the communication interface 11 of the control unit 10 and the device controller breaks down.
  • Fig. 2 the events after the damage to the electrical energy storage cell are shown on a timeline.
  • the first point in time t1 at which the electrical energy storage cell is damaged corresponds to 0 ms in this representation.
  • the second point in time t2 occurs, at which point the voltage U2 of the damaged energy storage cell has its maximum negative slope.
  • the third point in time t3 occurs when the voltages (U1, U2) break in.
  • a first time interval Atl within which a voltage drop in the damaged electrical energy storage cell can be detected, extends from approximately 250 ms to approximately 310 ms after the damage to the first electrical energy storage cell.
  • the first time interval At1 thus includes the second point in time t2.
  • a second time interval At2 within which an error message can be sent to the device controller 12, extends from the first time interval At1 to the third point in time t3.
  • the second time interval At2 therefore extends from approximately 310 ms to 400 ms.
  • the control unit 10 has a monitoring unit 100 which is set up to receive measurement data from sensors of the electrical energy storage cells, evaluate them and check them for plausibility.
  • the monitoring unit 100 is connected to the communication interface 11 of the control unit 10 in a data-conducting manner.
  • the monitoring unit 100 If the monitoring unit 100 detects an error in the measurement data and can check this for plausibility, the monitoring unit 100 sends a first error message 103 to the communication interface 11.
  • the monitoring unit 100 If the monitoring unit 100 detects an error in the measurement data and cannot or does not check the plausibility of the data, the monitoring unit 100 sends a second error message 101 to the communication interface 11.
  • the communication interface 11 is connected to the device controller 12 in a data-conducting manner.
  • the communication interface 11 sends first status messages 104 to the device controller 12 at regular time intervals, preferably every 100 ms.
  • the respective first status message 104 has an activity signal and possibly the first error message 103 .
  • the first status message 104 is sent with a medium priority.
  • the receipt of the first status message 104 is monitored or monitored by the device controller 12 with a debouncing time of 3 s.
  • the communication interface 11 If the communication interface 11 receives a second error message 101, it immediately sends a second status message 102 to the device controller 12.
  • the second status message 102 is sent with high priority and at least once until the communication interface 11 receives an acknowledgment of receipt for the second status message 102 from the device controller 12 received. As long as the communication interface 11 has not received an acknowledgment of receipt, it continues to send second status messages 102.
  • the frequency of the second status messages 102 is higher than the frequency of the first status messages 104, in particular ten times higher, and the second status messages 102 are preferably sent every 2 ms. 4 shows a flowchart of method 200 according to the invention for operating a vehicle.
  • a first status message 104 is sent from the control unit 10 to the device control 12 via the communication interface 11.
  • the first status message 104 is sent cyclically, preferably with a period of 100 ms.
  • the first status message 104 is sent with a medium priority.
  • the first status message 104 is monitored by the device control 12 with a debouncing time of 3 s.
  • First status message 104 may include a first error message 103 from a sensor in the electrical energy store. As long as the first status message 104 regularly reaches the device controller 12 and does not contain a first error message 103, the electrical energy store is classified by the device controller 12 as error-free. If the first status message 104 contains a first error message 103, the device controller 12 recognizes an error status and carries out a safety reaction, preferably a warning message is released, in particular for a user of the device or for an occupant of the vehicle and/or for a fleet , generated.
  • First error message 103 indicates a fault in an electrical energy storage cell that has been checked for plausibility, for example a short circuit and/or overvoltage and/or overtemperature and/or increased self-discharge and/or undervoltage in an electrical energy storage cell.
  • the respective sensor data are compared with limit values stored in a memory unit of the control unit.
  • a second method step 202 it is checked whether the cyclic reception of the first status message 104 has been interrupted.
  • a third method step 203 checks whether the first status message 104 contains a first error message 103 . If the first status message 104 does not contain a first error message 103, the operation of the vehicle is continued unchanged in a fourth method step 204.
  • a safety reaction is carried out in a fifth method step 205, preferably a warning message is generated, in particular for a user of the device or for an occupant of the vehicle and/or for a fleet operator.
  • a second status message 102 is sent from the control unit 10 to the device control 12 via the communication interface 11.
  • the second status message 102 is sent with high priority.
  • the second status message 102 is sent at least once. If the control unit 10 does not receive an acknowledgment of receipt from the vehicle control unit 12, the sending of the second status message 102 is repeated until the control unit 10 has received an acknowledgment of receipt from the device controller 12, in particular with the period of the second status message 102 being shorter than the period the duration of the first status message 104, preferably less than one tenth, in particular the period duration of the second status message is 2 ms.
  • the second status message 102 has a second error message 101 .
  • the second error message 101 indicates that a sensor signal of a sensor of the electrical energy store is faulty, for example a sensor has failed and/or a limit value has been exceeded or not reached and/or the sensor signal cannot be evaluated.
  • the second error message 101 indicates a short circuit and/or an overvoltage and/or undervoltage and/or an overtemperature and/or a voltage drop in an electrical energy storage cell.
  • the second status message 102 is sent immediately when the second error message 101 has occurred.
  • the second error message 101 is not checked for plausibility.
  • a seventh method step 207 checks whether a second status message 102, which indicates a voltage drop, was received within a first time window before the cyclic reception of the first status message 104 was interrupted.
  • the first time window is shorter than 10 s, in particular the first time window is 2 s long.
  • step 208 it is checked whether a voltage drop was detected in the first time window.
  • a safety reaction is carried out in the fifth method step 205, preferably a warning message is generated, in particular for a user of the device or an occupant of the vehicle.
  • the second time window is preferably larger than the first time window, in particular more than ten times the size of the first time window, in particular the second time window being 60 s long.
  • a tenth method step 210 it is checked whether an error other than a voltage drop was detected in the second time window.
  • a safety reaction is carried out in the fifth method step 205, preferably a warning message is generated, in particular for an occupant of the vehicle.
  • An electrical energy storage device is understood to mean a rechargeable energy storage device, in particular having an electrochemical energy storage cell and/or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and/or an energy storage pack having at least one energy storage module.
  • the energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell.
  • the energy storage cell is designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.
  • a vehicle is understood to mean a land vehicle, for example a passenger car or a truck, or an aircraft or a watercraft, in particular an at least partially electrically powered vehicle.
  • the vehicle is, for example, a battery-electric vehicle that has a purely electric drive, or a hybrid vehicle that drove an electric and has an internal combustion engine.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung und Vorrichtung, aufweisend eine Vorrichtungssteuerung (12) und einen elektrischen Energiespeicher mit einer Steuereinheit (10): wobei die Steuereinheit (10) in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine erste Statusnachricht (104) an die Vorrichtungssteuerung (12) sendet, wobei die Steuereinheit (10) zumindest eine zweite Statusnachricht (102) an die Vorrichtungssteuerung (12) sendet, die eine zweite Fehlermeldung (101) aufweist, wobei die Vorrichtungssteuerung (12) eine Sicherheitsreaktion ausführt, wenn sie eine zweite Statusnachricht (102) erhalten hat und ein Empfang der ersten Statusnachricht (104) unterbrochen wurde.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BATTERIESPEICHERVORRICHTUNG UND BATTERIESPEICHERVORRICHTUNG
Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung und eine Vorrichtung.
Stand der Technik
Die JP 2013 051762 A offenbart eine Fahrzeugsteuervorrichtung.
Die WO 2017/0143748 Al zeigt eine Leistungsbatterie und ein Sicherheitssys tem für eine Leistungsbatterie in einem elektrischen Fahrzeug.
Offenbarung der Erfindung
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, insbeson dere eines Fahrzeugs, aufweisend eine Vorrichtungssteuerung und einen elektrischen Energiespeicher mit einer Steuereinheit, besteht darin, dass die Steuereinheit in regel mäßigen zeitlichen Abständen eine erste Statusnachricht an die Vorrichtungssteuerung sendet, wobei die Steuereinheit zumindest eine zweite Statusnachricht an die Vorrich tungssteuerung sendet, die eine zweite Fehlermeldung aufweist, wobei die Vorrich tungssteuerung eine Sicherheitsreaktion ausführt, wenn sie eine zweite Statusnach richt erhalten hat und ein Empfang der ersten Statusnachricht unterbrochen wurde. Hintergrund der Erfindung ist, dass ein Defekt des elektrischen Energiespeichers, der die Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers in kurzer Zeit zerstört, sicher er kannt werden kann. Dabei wird eine unnötige Sicherheitsreaktion, die aufgrund eines kurzzeitigen Ausfalls der Kommunikation beziehungsweise aufgrund einer fehlerhaften zweiten Statusnachricht ausgeführt wird, vermieden. Gleichzeitig kann eine Anzahl be ziehungsweise Frequenz der ersten Statusnachrichten reduziert werden, so dass die Nachrichtendichte zwischen der Vorrichtungssteuerung und der Steuereinheit reduziert werden kann.
Insbesondere bei kompakten elektrischen Energiespeichern, bei denen die Steuerein heit benachbart zu den elektrischen Energiespeicherzellen angeordnet ist, besteht da bei das Risiko, dass durch ein aus einer elektrischen Energiespeicherzelle austreten des heißes Gas die Steuereinheit schon kurz nach einem Defekt einer elektrischen Energiespeicherzelle beschädigt wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird, nachdem der Empfang der ersten Sta tusnachricht unterbrochen wurde, überprüft, ob in einem ersten Zeitfenster vor der Un terbrechung des Empfangs der ersten Statusnachricht eine zweite Statusnachricht empfangen wurde, die einen Spannungsabfall einer elektrischen Energiespeicherzelle anzeigt, wobei, wenn innerhalb des ersten Zeitfensters ein Spannungsabfall vorliegt, die Sicherheitsaktion ausgeführt wird, wobei, wenn innerhalb des ersten Zeitfensters kein Spannungsabfall vorliegt, überprüft wird, ob in einem zweiten Zeitfenster vor der Unterbrechung des Empfangs der ersten Statusnachricht eine zweite Statusnachricht empfangen wurde, die einen anderen Fehler als einen Spannungsabfall des elektri schen Energiespeichers anzeigt, wobei, wenn innerhalb des zweiten Zeitfensters ein anderer Fehler vorliegt, die Sicherheitsaktion ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei einem Spannungsabfall einer elektrischen Energiespeicherzelle, der innerhalb kurzer Zeit zu einem kritischen Zustand des elektrischen Energiespeichers führen kann, schnell reagiert wird. Bei anderen Fehlern kann länger ausgewertet werden. Vorteilhafterweise ist das zweite Zeitfenster größer als das erste Zeitfenster, insbeson dere mehr als zehnmal so groß, insbesondere wobei das erste Zeitfenster weniger als 10 s, insbesondere 2 s, lang ist und/oder wobei das zweite Zeitfenster mehr als 20 s, insbesondere 60 s, lang ist. Dadurch wird das Risiko einer Sicherheitsreaktion wegen eines Spannungsabfalls aufgrund eines Sensorfehlers, der zufällig vor der Unterbre chung der ersten Statusnachrichten aufgetreten ist, reduziert, da ein Spannungsabfall nur innerhalb des ersten Zeitfensters einen Ausfall der Steuereinheit bewirken kann.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erste Statusnachricht ein Aktivitätssignal auf weist. Mittels der ersten Statusnachricht kann also die Funktionsfähigkeit der Steuer einheit überwacht werden.
Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn die erste Statusnachricht eine erste Fehlermeldung aufweist, wobei die erste Fehlermeldung plausibilisiert wurde, insbesondere von einer Überwachungseinheit der Steuereinheit plausibilisiert wurde. Dabei enthält die erste Statusnachricht die erste Fehlermeldung nur, wenn ein Fehler plausibilisiert werden konnte. Die erste Statusnachricht kann also unabhängig von der zweiten Statusnach richt eine Sicherheitsreaktion auslösen.
Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Sicherheitsaktion ausgeführt wird, wenn die erste Statusnachricht eine erste Fehlermeldung aufweist. Die erste Statusnachricht bewirkt dabei unabhängig von der zweiten Statusnachricht die Sicherheitsreaktion.
Vorteilhafterweise wird die zweite Statusnachricht verschickt, ohne eine Plausibilisie rung der zweiten Fehlermeldung abzuwarten. Dadurch kann die zweite Statusnachricht schneller als die erste Statusnachricht verschickt werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die zweite Statusnachricht erneut verschickt wird, bis die Steuereinheit eine Empfangsbestätigung für die zweite Statusnachricht von der Vorrichtungssteuerung erhält. Somit wird bewirkt, dass die zweite Statusnachricht die Vorrichtungssteuerung erreicht. Trotzdem wird die zweite Statusnachricht nur so lange gesendet wie es erforderlich ist, um die Vorrichtungssteuerung zu informieren. Dabei ist es von Vorteil, wenn die zweite Statusnachricht mit einer höheren Frequenz als die erste Statusnachricht verschickt wird, insbesondere mit einer mindestens zehn mal höheren Frequenz, insbesondere mit einer Periodendauer von 2 ms. Dadurch wird die zweite Statusnachricht schneller empfangen als die erste Statusnachricht.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die zweite Statusnachricht mit einer höheren Priori tät versendet wird als die erste Statusnachricht.
Vorteilhafterweise wird die erste Statusnachricht mehrmals pro Sekunde verschickt, insbesondere wobei die erste Statusnachricht eine Periodendauer von 100 ms auf weist. Dabei wird der Empfang der ersten Statusnachricht von der Vorrichtungssteue rung überwacht, insbesondere mit einer Entprellzeit von 3 s.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sicherheitsreaktion eine Warnmittei lung und/oder eine Abschaltung des elektrischen Energiespeichers und/oder eine Ent ladung des elektrischen Energiespeichers. Von Vorteil ist dabei, dass die Art der Si cherheitsreaktion in Abhängigkeit von der Fehlerart ausgewählt werden kann.
Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, aufweisend eine Vorrichtungssteuerung und einen elektrischen Energiespeicher mit einer Steuereinheit, besteht darin, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das Verfahren bezogenen Ansprü che betrieben zu werden.
Hintergrund der Erfindung ist, dass ein Defekt des elektrischen Energiespeichers, der die Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers in kurzer Zeit zerstört, sicher er kannt werden kann. Dabei wird eine unnötige Sicherheitsreaktion, die aufgrund eines kurzzeitigen Ausfalls der Kommunikation beziehungsweise aufgrund einer fehlerhaften zweiten Statusnachricht ausgeführt wird, vermieden. Gleichzeitig kann eine Anzahl be ziehungsweise Frequenz der ersten Statusnachrichten reduziert werden, so dass die Nachrichtendichte zwischen der Vorrichtungssteuerung und der Steuereinheit reduziert werden kann. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Im plementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus de nen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen zeitlichen Spannungsverlauf U2(t) einer beschädigten elektrischen
Energiespeicherzelle und einen zeitlichen Spannungsverlauf Ul(t) einer weite ren elektrischen Energiespeicherzelle,
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf von Ereignissen nach der Beschädigung der elektri schen Energiespeicherzelle,
Fig. 3 einen Diagnoseweg und daraus resultierende Statusnachrichten während des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 und
Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zum Betreiben einer Vorrichtung.
In Fig. 1 ist der Spannungsverlauf U2(t) einer beschädigten elektrischen Energiespei cherzelle eines elektrischen Energiespeichers dargestellt. Zusätzlich ist der Span nungsverlauf Ul(t) zumindest einer weiteren elektrischen Energiespeicherzelle des elektrischen Energiespeichers dargestellt. Der elektrische Energiespeicher ist kompakt ausgeführt und weist eine Nennspannung auf, die kleiner als 60 V ist, vorzugsweise 48 V oder 24 V oder 12 V beträgt. Dazu weist der elektrische Energiespeicher weniger als zwanzig elektrische Energiespei cherzellen auf, vorzugsweise weist der elektrische Energiespeicher zwischen vier und sechzehn elektrische Energiespeicherzellen auf.
Der elektrische Energiespeicher weist neben den elektrischen Energiespeicherzellen, eine Steuereinheit 10, Sensoren und eine Kommunikationsschnittstelle 11 auf. Die Steuereinheit 10, die die Kommunikationsschnittstelle 11 aufweist, weist eine Leiter platte auf, die benachbart zu den elektrischen Energiespeicherzellen angeordnet ist.
Die Sensoren, insbesondere ein Stromsensor und/oder ein Spannungssensor und/oder ein Temperatursensor, sind eingerichtet, Messdaten der elektrischen Energiespeicher zellen zu erfassen. Die Sensoren sind datenleitend mit der Steuereinheit 10 verbun den. Die Steuereinheit 10 ist eingerichtet, die Messdaten auszuwerten, insbesondere mit gespeicherten Grenzwerten zu vergleichen, und mittels der Kommunikationsschnitt stelle 11 Statusnachrichten (103, 102) an eine Vorrichtungssteuerung 12 zu senden.
Die Steuereinheit 10 des elektrischen Energiespeichers ist in unmittelbarer Nähe der elektrischen Energiespeicherzellen angeordnet.
Zu einem ersten Zeitpunkt tl wird die elektrische Energiespeicherzelle beschädigt, ins besondere mittels eines Nagels durchstoßen. Kurz nach dem ersten Zeitpunkt tl be ginnt die Spannung U2 der elektrischen Energiespeicherzelle leicht abzunehmen, wäh rend die Spannung Ul der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle vorerst konstant bleibt. Gleichzeitig beginnt die beschädigte elektrische Energiespeicherzelle zu entga sen.
Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 weist die Spannung U2 der beschädigten elektrischen Energiespeicherzelle eine maximale Abnahme beziehungsweise eine maximale nega tive Steigung auf.
Zu einem dritten Zeitpunkt t3 brechen die Spannung U2 der beschädigten elektrischen Energiespeicherzelle und die Spannung Ul der weiteren elektrischen Energiespeicher zelle ein. Zu diesem Zeitpunkt t3 treten erste Schäden an der Steuereinheit 10 auf, so dass die Messdaten der Sensoren nicht mehr zuverlässig ausgewertet werden können. Zu einem vierten Zeitpunkt t4 bricht die Kommunikation zwischen der Kommunikations schnittstelle 11 der Steuereinheit 10 und der Vorrichtungssteuerung zusammen.
In Fig. 2 sind die Ereignisse nach der Beschädigung der elektrischen Energiespeicher zelle auf einem Zeitstrahl dargestellt.
Der erste Zeitpunkt tl, in dem die elektrische Energiespeicherzelle beschädigt wird, entspricht in dieser Darstellung 0 ms.
Nach 300 ms tritt der zweite Zeitpunkt t2 ein, in dem die Spannung U2 der beschädig ten Energiespeicherzelle ihre maximale negative Steigung aufweist.
Nach 400 ms tritt der dritte Zeitpunkt t3 ein, wenn die Spannungen (Ul, U2) einbre chen.
Bis zum vierten Zeitpunkt t4, zu dem die Kommunikation abbricht, sind lediglich 500 ms vergangen.
Ein erstes Zeitintervall Atl, innerhalb dessen ein Spannungsabfall der beschädigten elektrischen Energiespeicherzelle erkannt werden kann, erstreckt sich von circa 250 ms bis circa 310 ms nach der Beschädigung der ersten elektrischen Energiespeicher zelle. Das erste Zeitintervall Atl beinhaltet also den zweiten Zeitpunkt t2.
Ein zweites Zeitintervall At2, innerhalb dessen eine Fehlermeldung an die Vorrich tungssteuerung 12 gesendet werden kann, erstreckt sich vom ersten Zeitintervall Atl bis zum dritten Zeitpunkt t3. Das zweite Zeitintervall At2 erstreckt sich also von circa 310 ms bis 400 ms.
In Fig. 3 sind ein Diagnoseweg und die daraus resultierenden Statusnachrichten der Steuereinheit 10 dargestellt. Die Steuereinheit 10 weist eine Überwachungseinheit 100 auf, die eingerichtet ist, Messdaten von Sensoren der elektrischen Energiespeicherzellen zu empfangen, aus zuwerten und zu plausibilisieren. Die Überwachungseinheit 100 ist datenleitend mit der Kommunikationsschnittstelle 11 der Steuereinheit 10 verbunden.
Wenn die Überwachungseinheit 100 einen Fehler in den Messdaten erkennt und die sen plausibilisieren kann, sendet die Überwachungseinheit 100 eine erste Fehlermel dung 103 an die Kommunikationsschnittstelle 11.
Wenn die Überwachungseinheit 100 einen Fehler in den Messdaten erkennt und die sen nicht plausibilisiert oder plausibilisieren kann, sendet die Überwachungseinheit 100 eine zweite Fehlermeldung 101 an die Kommunikationsschnittstelle 11.
Die Kommunikationsschnittstelle 11 ist datenleitend mit der Vorrichtungssteuerung 12 verbunden.
Die Kommunikationsschnittstelle 11 sendet in regelmäßigen zeitlichen Abständen erste Statusnachrichten 104 an die Vorrichtungssteuerung 12, vorzugsweise alle 100 ms.
Die jeweilige erste Statusnachricht 104 weist ein Aktivitätssignal und gegebenenfalls die erste Fehlermeldung 103 auf. Die erste Statusnachricht 104 wird mit einer mittleren Priorität gesendet. Der Empfang der ersten Statusnachricht 104 wird von der Vorrich tungssteuerung 12 mit einer Entprellzeit von 3 s überwacht beziehungsweise gemoni- tort.
Wenn die Kommunikationsschnittstelle 11 eine zweite Fehlermeldung 101 erhält, sen det sie sofort eine zweite Statusnachricht 102 an die Vorrichtungssteuerung 12. Die zweite Statusnachricht 102 wird mit hoher Priorität und zumindest einmal gesendet bis die Kommunikationsschnittstelle 11 eine Empfangsbestätigung für die zweite Status nachricht 102 von der Vorrichtungssteuerung 12 erhält. Solange die Kommunikations schnittstelle 11 keine Empfangsbestätigung erhalten hat, sendet sie weiterhin zweite Statusnachrichten 102. Dabei ist die Frequenz der zweiten Statusnachrichten 102 hö her als die Frequenz der ersten Statusnachrichten 104, insbesondere zehnmal höher, vorzugsweise werden die zweiten Statusnachrichten 102 alle 2 ms gesendet. In Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zum Betrei ben eines Fahrzeugs dargestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt 201 wird eine erste Statusnachricht 104 von der Steuereinheit 10 mittels der Kommunikationsschnittstelle 11 an die Vorrichtungssteue rung 12 gesendet. Die erste Statusnachricht 104 wird zyklisch gesendet, vorzugsweise mit einer Periodendauer von 100 ms. Die erste Statusnachricht 104 wird mit einer mitt leren Priorität gesendet. Die erste Statusnachricht 104 wird von der Vorrichtungssteue rung 12 mit einer Entprellzeit von 3 s überwacht beziehungsweise gemonitort.
Die erste Statusnachricht 104 umfasst gegebenenfalls eine erste Fehlermeldung 103 eines Sensors des elektrischen Energiespeichers. Solange die erste Statusnachricht 104 die Vorrichtungssteuerung 12 regelmäßig erreicht und keine erste Fehlermeldung 103 enthält, wird der elektrische Energiespeicher von der Vorrichtungssteuerung 12 als fehlerfrei eingestuft. Wenn die erste Statusnachricht 104 eine erste Fehlermeldung 103 enthält, erkennt die Vorrichtungssteuerung 12 einen Fehlerstatus und führt eine Sicher heitsreaktion aus, vorzugsweise wird eine Warnmitteilung, insbesondere für einen Be nutzer der Vorrichtung beziehungsweise für einen Insassen des Fahrzeugs und/oder für einen Flotten befrei ber, erzeugt.
Die erste Fehlermeldung 103 zeigt einen Fehler einer elektrischen Energiespeicher zelle an, der plausibilisiert wurde, beispielsweise einen Kurzschluss und/oder eine Überspannung und/oder eine Übertemperatur und/oder eine erhöhte Selbstentladung und/oder eine Unterspannung einer elektrischen Energiespeicherzelle. Dazu werden die jeweiligen Sensordaten mit in einer Speichereinheit der Steuereinheit gespeicher ten Grenzwerten verglichen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 202 wird überprüft, ob der zyklische Empfang der ersten Statusnachricht 104 unterbrochen wurde.
Wenn der Empfang der ersten Statusnachricht 104 nicht unterbrochen wurde, wird in einem dritten Verfahrensschritt 203 geprüft, ob die erste Statusnachricht 104 eine erste Fehlermeldung 103 enthält. Wenn die erste Statusnachricht 104 keine erste Fehlermeldung 103 enthält, wird in ei nem vierten Verfahrensschritt 204 der Betrieb des Fahrzeugs unverändert fortgesetzt.
Wenn die erste Statusnachricht 104 eine erste Fehlermeldung 103 enthält, wird in ei nem fünften Verfahrensschritt 205 eine Sicherheitsreaktion ausgeführt, vorzugsweise wird eine Warnmitteilung, insbesondere für einen Benutzer der Vorrichtung bezie hungsweise für einen Insassen des Fahrzeugs und/oder für einen Flottenbetreiber, er zeugt.
In einem sechsten Verfahrensschritt 206 wird eine zweite Statusnachricht 102 von der Steuereinheit 10 mittels der Kommunikationsschnittstelle 11 an die Vorrichtungssteue rung 12 gesendet. Die zweite Statusnachricht 102 wird mit hoher Priorität gesendet.
Die zweite Statusnachricht 102 wird zumindest einmalig gesendet. Falls die Steuerein heit 10 keine Empfangsbestätigung von der Fahrzeugsteuereinheit 12 erhält, wird das Senden der zweiten Statusnachricht 102 solange wiederholt, bis die Steuereinheit 10 eine Empfangsbestätigung von der Vorrichtungssteuerung 12 erhalten hat, insbeson dere wobei die Periodendauer der zweiten Statusnachricht 102 kürzer ist als die Perio dendauer der ersten Statusnachricht 104, vorzugsweise kleiner als ein Zehntel, insbe sondere wobei die Periodendauer der zweiten Statusnachricht 2 ms beträgt.
Die zweite Statusnachricht 102 weist eine zweite Fehlermeldung 101 auf. Die zweite Fehlermeldung 101 zeigt an, dass ein Sensorsignal eines Sensors des elektrischen Energiespeichers fehlerhaft ist, beispielsweise ist ein Sensor ausgefallen und/oder ein Grenzwert wurde überschritten oder unterschritten und/oder das Sensorsignal kann nicht ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich zeigt die zweite Fehlermeldung 101 einen Kurzschluss und/oder eine Überspannung und/oder Unterspannung und/o der eine Übertemperatur und/oder einen Spannungsabfall einer elektrischen Energie speicherzelle an. Die zweite Statusnachricht 102 wird sofort gesendet, wenn die zweite Fehlermeldung 101 aufgetreten ist. Dabei wird die zweite Fehlermeldung 101 nicht plausibilisiert.
Wenn eine zweite Statusnachricht 102 empfangen wurde und der zyklische Empfang der ersten Statusnachricht 104 nicht unterbrochen wurde, wird die zweite Statusnach richt 102 ignoriert und mit dem vierten Verfahrensschritt 204 der Betrieb des Fahrzeugs unverändert fortgesetzt. Wenn der zyklische Empfang der ersten Statusnachricht 104 unterbrochen wurde, wird in einem siebten Verfahrensschritt 207 überprüft, ob innerhalb eines ersten Zeitfensters vor der Unterbrechung des zyklischen Empfangs der ersten Statusnachricht 104 eine zweite Statusnachricht 102 empfangen wurde, die einen Spannungsabfall anzeigt. Vor zugsweise ist das erste Zeitfenster kürzer als 10 s, insbesondere wobei das erste Zeit fenster 2 s lang ist.
In einem achten Verfahrensschritt 208 wird überprüft, ob in dem ersten Zeitfenster ein Spannungsabfall erkannt wurde.
Wenn im achten Verfahrensschritt 208 ein Spannungsabfall erkannt wurde, wird im fünften Verfahrensschritt 205 eine Sicherheitsreaktion ausgeführt, vorzugsweise eine Warnmitteilung erzeugt, insbesondere für einen Benutzer der Vorrichtung beziehungs weise einen Insassen des Fahrzeugs.
Wenn im achten Verfahrensschritt 208 kein Spannungsabfall erkannt wurde, wird im neunten Verfahrensschritt 209 überprüft, ob innerhalb eines zweiten Zeitfensters vor der Unterbrechung des zyklischen Empfangs der ersten Statusnachricht 104 eine zweite Statusnachricht 102 empfangen wurde, die einen anderen Fehler anzeigt. Vor zugsweise ist das zweite Zeitfenster größer als das erste Zeitfenster, insbesondere mehr als zehn Mal so groß wie das erste Zeitfenster, insbesondere wobei das zweite Zeitfenster 60 s lang ist.
In einem zehnten Verfahrensschritt 210 wird überprüft, ob in dem zweiten Zeitfenster ein anderer Fehler als ein Spannungsabfall erkannt wurde.
Wenn im zehnten Verfahrensschritt 210 ein anderer Fehler als ein Spannungsabfall in einer zweiten Statusnachricht 102 erkannt wurde, wird im fünften Verfahrensschritt 205 eine Sicherheitsreaktion ausgeführt, vorzugsweise eine Warnmitteilung erzeugt, insbe sondere für einen Insassen des Fahrzeugs.
Wenn im zehnten Verfahrensschritt 210 kein Fehler in einer zweiten Statusnachricht 102 erkannt wurde, wird im vierten Verfahrensschritt 204 der Betrieb des Fahrzeugs unverändert fortgesetzt. Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energie speicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespei cherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektroche- mische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batterie zelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energie speicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel- Batteriezelle ausgeführt.
Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraft wagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug ver standen, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen An trieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (200) zum Betreiben einer Vorrichtung, aufweisend eine Vorrichtungs steuerung (12) und einen elektrischen Energiespeicher mit einer Steuereinheit (10): wobei die Steuereinheit (10) in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine erste Sta tusnachricht (104) an die Vorrichtungssteuerung (12) sendet, wobei die Steuereinheit (10) zumindest eine zweite Statusnachricht (102) an die Vorrichtungssteuerung (12) sendet, die eine zweite Fehlermeldung (101) aufweist, wobei die Vorrichtungssteuerung (12) eine Sicherheitsreaktion ausführt, wenn sie eine zweite Statusnachricht (102) erhalten hat und ein Empfang der ersten Status nachricht (104) unterbrochen wurde.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem der Empfang der ersten Statusnachricht (104) unterbrochen wurde, überprüft wird, ob in einem ersten Zeitfenster vor der Unterbrechung des Emp fangs der ersten Statusnachricht (104) eine zweite Statusnachricht (102) empfan gen wurde, die einen Spannungsabfall einer elektrischen Energiespeicherzelle an zeigt, wobei, wenn innerhalb des ersten Zeitfensters ein Spannungsabfall vorliegt, die Sicherheitsaktion ausgeführt wird, wobei, wenn innerhalb des ersten Zeitfensters kein Spannungsabfall vorliegt, über prüft wird, ob in einem zweiten Zeitfenster vor der Unterbrechung des Empfangs der ersten Statusnachricht (104) eine zweite Statusnachricht (102) empfangen wurde, die einen anderen Fehler als einen Spannungsabfall des elektrischen Ener giespeichers anzeigt, wobei, wenn innerhalb des zweiten Zeitfensters ein anderer Fehler als ein Span nungsabfall vorliegt, die Sicherheitsaktion ausgeführt wird.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zeitfenster größer ist als das erste Zeitfenster, insbesondere mehr als zehnmal so groß, insbesondere wobei das erste Zeitfenster weniger als 10 s, insbesondere 2 s, lang ist und/oder wobei das zweite Zeitfenster mehr als 20 s, insbesondere 60 s, lang ist.
4. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Statusnachricht (104) ein Aktivitätssignal aufweist, und/oder dass die erste Statusnachricht (104) eine erste Fehlermeldung (103) aufweist, wobei die erste Fehlermeldung (103) plausibilisiert wurde, insbesondere von einer Überwa chungseinheit (100) der Steuereinheit (10) plausibilisiert wurde.
5. Verfahren (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsaktion ausgeführt wird, wenn die erste Statusnachricht (104) eine erste Fehlermeldung (103) aufweist.
6. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Statusnachricht (102) verschickt wird ohne eine Plausibilisierung der zweiten Fehlermeldung (101) abzuwarten.
7. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Statusnachricht (102) erneut verschickt wird, bis die Steuereinheit (10) eine Empfangsbestätigung für die zweite Statusnachricht (102) von der Vorrich tungssteuerung (12) erhält, insbesondere wobei die zweite Statusnachricht (102) mit einer höheren Frequenz als die erste Statusnachricht (104) verschickt wird, insbesondere mit einer mindes tens zehnmal höheren Frequenz, insbesondere mit einer Periodendauer von 2 ms.
8. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Statusnachricht (102) mit einer höheren Priorität versendet wird als die erste Statusnachricht (104).
9. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Statusnachricht (104) mehrmals pro Sekunde verschickt wird, insbeson dere wobei die erste Statusnachricht (104) eine Periodendauer von 100 ms auf weist.
10. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsreaktion eine Warnmitteilung und/oder eine Abschaltung des elektri schen Energiespeichers und/oder eine Entladung des elektrischen Energiespei chers ist.
11. Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, aufweisend eine Vorrichtungssteuerung (12) und einen elektrischen Energiespeicher mit einer Steuereinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, mittels eines Verfahrens (200) nach einem der vor hergehenden Ansprüche betrieben zu werden.
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