WO2024073788A1 - Codierverfahren für ein codieren von erfassten zellspannungen in einem elektrochemischen system - Google Patents

Codierverfahren für ein codieren von erfassten zellspannungen in einem elektrochemischen system Download PDF

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WO2024073788A1
WO2024073788A1 PCT/AT2023/060345 AT2023060345W WO2024073788A1 WO 2024073788 A1 WO2024073788 A1 WO 2024073788A1 AT 2023060345 W AT2023060345 W AT 2023060345W WO 2024073788 A1 WO2024073788 A1 WO 2024073788A1
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deviation
coding
cell voltages
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PCT/AT2023/060345
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Franck LE RHUN
Tanner BRUHN
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Avl List Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
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    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/3059—Digital compression and data reduction techniques where the original information is represented by a subset or similar information, e.g. lossy compression

Definitions

  • Coding method for coding recorded cell voltages in an electrochemical system
  • the present invention relates to a coding method for coding detected cell voltages of an electrical system, a decoding method for decoding a compression data set from such a coding method, a coding device for carrying out such a coding method and a computer program product for carrying out a coding method and/or a decoding method.
  • an electrochemical system is understood to mean a system that has a large number of individual electrochemical cells.
  • Two examples of such electrochemical systems are, on the one hand, fuel cell systems and electrolyzers with a large number of individual fuel cells as electrochemical cells and, on the other hand, battery devices with a large number of individual battery cells as electrochemical cells.
  • a coding method according to the invention can also be applied to other, similarly structured electrochemical systems.
  • the cell voltage of a majority of the existing cells is usually monitored and recorded individually and/or in combination. It is also conceivable to record the cell voltage of all or essentially all cells. This recording takes place continuously, often with high recording frequencies of several 100 Hertz or even over 1000 Hertz. This means that very large amounts of data are generated at very short intervals, since a cell voltage is generated as a data value for each individual cell per recording run.
  • the recording data set generated in this way per recording run therefore contains a unique cell voltage for each electrochemical cell. If an electrochemical system has 1000 electrochemical cells, for example, a recording data set with 1000 recorded cell voltages is generated per recording run, with all cells being monitored in this example.
  • the high recording frequency leads to very large amounts of data, which must be recorded, stored and usually forwarded for evaluation.
  • the disadvantage of the known solutions is that the very high data volumes mean that correspondingly high bandwidths must be made available for the transmission of the recorded data.
  • the complexity and the large number of data require a lot of effort in the evaluation.
  • special attention is usually paid to the cells that deviate from the norm and thus show signs of progressive damage or dysfunction.
  • outlier cells or “deviation cells”
  • a correspondingly high evaluation effort must be made.
  • the object of the present invention to at least partially resolve the problems described above.
  • a coding method is used to code recorded cell voltages of a large number of electrochemical cells of an electrochemical system.
  • Such an electrochemical system is designed in particular in the form of a fuel cell system with a large number of individual fuel cells and/or in the form of a battery device with a large number of individual battery cells.
  • Such a coding method is characterized by the following steps: - Recording the cell voltages of the multitude of electrochemical cells,
  • the encoding step comprises the following substeps:
  • a coding method according to the invention is based on known monitoring methods for electrochemical systems. Such monitoring methods use the monitoring data from voltage sensors which are assigned to the individual electrochemical cells of the system. In a known manner, this sensor technology makes it possible to record a cell voltage that is specific to this cell and unique for the time for at least some or even each of the large number of electrochemical cells. These recorded cell voltages are stored in a recording data set for each phase of the coding method. With a recording frequency of 100 Hertz, for example, 100 recording data sets are generated per second. Each of these recording data sets now has a high number of cell voltages, which corresponds to the number of electrochemical cells. With 1000 electrochemical cells, for example, the recording data set accordingly also has 1000 lines with 1000 cell voltages.
  • an inventive coding method applies the step of coding.
  • the acquisition data set is no longer processed output and evaluated, but first encoded in a compression data set.
  • This encoding includes at least the following three sub-steps.
  • a statistical parameter is determined for all recorded cell voltages and stored in the compression data set.
  • This statistical parameter is in particular in the form of a voltage value, which, as explained later, can be designed as a statistical median, a statistical average or another statistical parameter. More complex designs are also conceivable, which include, for example, curves, statistical distributions or similar. In other words, a single value is generated from all 1000 cell voltages in the example given as a statistical parameter, which best reflects this large number of different cell voltages. In the example given of 1000 electrochemical cells, the statistical median is used as the statistical parameter below for better explanation.
  • the first sub-step of coding all 1000 different cell voltages are compressed into a single common statistical parameter.
  • this compression would be far too strong and would exclude the outlier cells, which are of interest as outliers with a large distance from this statistical parameter, in particular in the evaluation, a further sub-step of the coding step addresses this.
  • this step it is checked how many of the individual cells and thus of the recorded cell voltages are above a deviation limit of the statistical parameter.
  • cell voltages that are above a deviation limit of the statistical parameter are now recorded as deviation cell voltages.
  • These deviation cell voltages indicate electrochemical cells, which can also be referred to as deviation cells or outlier cells.
  • the compression data set therefore contains at least three different pieces of information. Firstly, this is the statistical parameter, i.e. in this example the compression of all 1000 cell voltages to a single value.
  • the compression data set contains information about the number of electrochemical cells which, as outlier cells, have a deviation cell voltage with a correspondingly large deviation from the statistical parameter. This deviation The number of deviations gives an indication of how many of the electrochemical cells currently being monitored have a high deviation and thus a correspondingly high disharmony of the electrochemical system.
  • the last and third piece of information in the compression data set is the actual value of all deviation cell voltages, as this can provide a qualitative and/or quantitative indication of different damage or dysfunction mechanisms of the correspondingly assigned individual electrochemical cells.
  • the compression data set is output instead of the acquisition data set, which has significantly less data than is the case with the acquisition data set due to the compression of the non-interesting cell voltages of the standard cells that lie within the permitted deviation from the statistical parameter.
  • the acquisition data set with 1000 individual data values is now reduced to a compression data set with a total of seven individual values, namely the statistical parameter, the number of deviations (here "5") and the five explicit deviation cell voltages.
  • the data set could be massively reduced from 1000 individual data to seven individual data.
  • this reduction preserves the main information that is of interest for a subsequent evaluation process in an uncompressed manner, namely the number and explicit evaluation of the individual outlier cells in the form of the number of deviations and the deviation cell voltages.
  • a coding method therefore makes it possible to read and evaluate very easily, even without decoding the compression data set for evaluation.
  • Coding which can also be understood and referred to here as compression, makes it possible to provide very efficient compression, particularly in electrochemical systems whose cell voltages do not have a Gaussian distribution, which also includes easier reading and evaluation.
  • a certain sequence is followed when generating the compression data set, in which the deviation cell voltages are placed at the end of the sub-steps of coding. Since the number of deviations can vary depending on the magazine, the end of the compression data set and thus its length can be left open and, depending on the number of deviations, an un- different length and therefore also a different degree of compression for the compression data set.
  • the system current and/or the system performance of the electrochemical system is also recorded, with the coding step additionally comprising storing the recorded system current as a further sub-step.
  • additional sensors of the electrochemical system can be used and reference can be made to the current currently present in the electrochemical system. It is also possible to determine the system current indirectly from the recorded system performance.
  • the system current can be used as an input value and thus as a parameter for a sub-step of the coding step.
  • Other secondary information such as the temperature of the electrochemical system and/or even individual temperatures of individual electrochemical cells, can also be recorded and taken into account in the recording data set and/or compression data set.
  • the coding step includes, as a further sub-step, determining and storing the deviation difference of all deviation cell voltages for the specific statistical parameter. This means that not only the deviation cell voltages themselves but also their deviation difference can be stored. In this case, not only absolute values but also relative values are stored and integrated into the compression data set. It can be advantageous here to provide a limit so that the first and last and/or the minimum and maximum value for the individual deviation differences are taken into account.
  • a default value which can also be described as an offset default, can be designed as a straight line or as a curve and in this way also form a default for evaluating the difference between the statistical parameter and the individual cell voltage.
  • the default value can also be referred to as "curve fitting" if, for example, it is designed in the form of a default curve.
  • the compression data set has a resolution of 1 mV in a coding method according to the invention.
  • a resolution allows, for example, in the case of binary storage in bits, the individual values to be assigned to bits, for example to provide the statistical parameter with 10 bits and thus with 0 to 1023 mV of a possible cell voltage in fuel cells or battery cells.
  • other resolutions and other bit sizes are also conceivable.
  • other resolutions and other types of storage can also be used for different purposes.
  • other, in particular coarser resolutions are also conceivable, which are based, for example, on the electrical properties of a converter device.
  • the deviation cell voltages are stored at the end of the compression data set.
  • This number which is determined as the deviation number within the framework of the coding method, can vary, for example, between 0 and several 100 electrochemical cells. It is therefore advantageous to leave the length of the compression data set open and, according to the actually determined deviation number, to store the individual values of all deviation cell voltages at the end of the compression data set so that its length varies with respect to the associated actual values. For other embodiments, positioning at a location other than the end is of course also conceivable.
  • the deviation limit value is variable in a coding method according to the invention, with the deviation limit value being adjusted as a step in the coding method and/or as a sub-step of the coding step. It is fundamentally impossible to predict how high the number of deviations will be in each run of the detection. Therefore, within the scope of this embodiment, the deviation limit value can be adjusted for each coding so that compression is as strong as possible and accuracy as high as necessary. In other words, it is possible to adjust the compression rate for each coding step so that the best compression can be achieved without an undesirable loss of accuracy.
  • This deviation limit value which can also be referred to as a cut-off value, can, for example, as explained in the following paragraph, set the compression rate in relation to the number of deviations that can be achieved with the compression rate.
  • This variation allows the compression to be flexibly adapted to the current operating situation and, above all, to the current cell situation in the electrochemical system.
  • the number of deviations is determined for different deviation limits for adjusting the deviation limit and the deviation limit is adjusted to a value that does not exceed a predetermined number of deviations. For example, it can be specified that a maximum number of deviations of 50 outlier cells should not be exceeded. In such a case, the deviation limit is reduced until the number of deviations falls below this predetermined number of deviations, so that the deviation limit with the resulting compression rate can now be used for the coding step as close as possible to this predetermined limit.
  • the step of coding comprises, as a further sub-step, storing at least one polarization curve, wherein the determination of the statistical parameter determines the polarization on curve is taken into account.
  • a polarization curve can also be referred to as the operating curve of the electrochemical system and, in particular, correlates the current and the associated voltage with one another. It is therefore possible to use the polarization curve directly as an input value for the statistical parameter. However, as already explained, this requires the system current to be recorded. This is used in particular in electrochemical systems in the form of fuel cell systems. It should be noted that two or more polarization curves can also be integrated into the coding process with appropriate indexing.
  • the compression data set can be constantly specified in a memory or form a constant part of the recording data set. They can be stored at the beginning of the compression data set as part of the statistical parameter or separately from it. It is also possible for the compression data set to additionally contain the difference between the polarization curve and a median and/or an average as a statistical parameter.
  • the coding step includes, as a further sub-step, determining and storing the deviation of the statistical parameter from a normal distribution.
  • This allows the compression option for the middle part of a distribution curve, i.e. the normal cells that do not represent outlier cells, to be compared with a normal distribution. There is therefore no longer an individual evaluation of these standard cells, but rather an exchange by the standard distribution for these standard cells that cannot be described as outlier cells with deviation cell voltages.
  • the present invention also relates to a decoding method for decoding a compression data set from an inventive coding method into a decompression data set.
  • a decoding method is characterized by the following steps:
  • the first step of decoding involves inserting this statistical parameter as the cell voltage for all electrochemical cells. If, for example, the median value is used as the statistical parameter in the coding process, this median value is saved as the cell voltage in the decompression data set for all electrochemical cells during decoding.
  • these inserted median values are overwritten as statistical parameters for exactly those electrochemical cells for which a deviation cell voltage is present in the compression data set.
  • These electrochemical cells are the so-called outlier cells, which are of crucial importance for further evaluation.
  • they are recorded in the decompression data set with the exact information excluded from the compression in the form of the existing and stored deviation cell voltages.
  • the present invention also relates to a coding device for carrying out a coding method according to the invention, comprising a detection module, a memory module, a coding module and an output module, which are designed for carrying out a coding method according to the invention.
  • a coding device for carrying out a coding method according to the invention, comprising a detection module, a memory module, a coding module and an output module, which are designed for carrying out a coding method according to the invention.
  • the subject of the present invention is a decoding device with a memory device which is capable of carrying out a decoding method according to the invention.
  • a further subject matter of the present invention is a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of an inventive coding method and/or the steps of an inventive decoding method. rens.
  • a computer program product according to the invention therefore also brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a coding method according to the invention and a decoding method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a coding device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the sub-steps of the coding step
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a coding device according to the invention
  • Fig. 4 shows a further embodiment of a coding device according to the invention
  • Fig. 5 shows a further embodiment of a coding device according to the invention
  • Fig. 6 is a representation of a decoding method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrochemical system 100, for example in the form of a fuel cell system and/or in the form of a battery device.
  • the individual electrochemical cells 110 can be individual fuel cells in a fuel cell stack of a fuel cell system or battery cells in a battery device.
  • a large number of sensors allow an associated cell voltage ZU to be recorded for each individual electrochemical cell 110.
  • the number of electrochemical cells 110 is to be designated as "n”, so that a total of n cell voltages ZU-1 to ZU-n are recorded by the recording module 20.
  • the storage module 30 is able to transfer these to the recording data set ED, which accordingly also stores the associated values of the cell voltages ZU over n lines. If it is For 1000 electrochemical cells 110, the value for n is therefore 1000 and the acquisition data set ED accordingly has 1000 individual values in 1000 lines.
  • the coding method according to the invention in the coding device 10 of Figure 1 can now be able to carry out some sub-steps via the coding module 40.
  • a statistical parameter is made available, which is explained in more detail with reference to Figure 2.
  • the sub-steps of the coding in Figure 2 show a point in time, which is shown as a vertical line in the upper part of Figure 2. While the respective median value is given as the statistical parameter SP for the cell voltages ZU in the upper part of Figure 2, Figure 2 shows the individual values for all individual electrochemical cells 110 at exactly this point in time. These fluctuate around the statistical parameter SP, which is around 650 mV here. Six deviation cell voltages AZU can be recognized here via deviation limits AG, which are arranged above and below the statistical parameter SP.
  • the number of outlier cells is limited to cells 6, 8 and 9 (not further defined in the figures).
  • the coding module 40 now sets the statistical parameter SP as the median value to 650 (in the unit mV). Because, with a selected deviation limit AG and the statistical parameter SP of 650, a total of 3 of the individual electrochemical cells 110 exceed the deviation limit AG, 3 is stored as the deviation number AA in the compression data set KD.
  • the corresponding deviation cell voltage AZU 6-620, 8-680 and 9-610 is now stored with the associated values (in the figures, the first number represents the cell number and the number after the hyphen represents the deviation cell voltage AZU) and the compression data set KD is then output via the output module 50.
  • the coding module 40 reduces the acquisition data set ED from 1000 cells to five cells.
  • these five cells contain the crucial cells 6, 8 and 9, which are outlier cells and deviate significantly from the standard cells, in an uncompressed manner, so that in a subsequent The actual functional situation of the electrochemical system 100 can be very quickly deduced from the evaluation logic provided.
  • FIG 3 shows a further development of the embodiment of Figure 1.
  • a current sensor is also provided for the electrochemical system 100.
  • the system current Sl can be detected by the detection module 20 and stored in the detection data set ED via this.
  • the system current (Sl) can also be referred to as the stack current.
  • This current value as system current Sl can also be transferred to the compression data set KD or, as explained later, can be used for other purposes.
  • Figure 4 also shows a solution in which, in addition to the actual and absolute parameter values for the deviation cell voltages AZU, individual deviation differences AD-1 and AD-2 are also stored. These allow additional statistical analyses to be carried out and, as relative statements, to provide an indication of how strong the scatter of the outlier cells and the associated deviation cell voltages AZU is. Of course, more deviation differences AD-n can also be stored.
  • a polarization curve PK can also be taken into account in the coding module 40.
  • Figure 5 This now allows these polarization curves PK to be used when generating the deviation limit AG and/or when generating the statistical parameter SP, to compare them with a median value or an average value, or to be set directly as the statistical parameter SP.
  • the statistical parameter SP is set to the value "5".
  • Figure 5 also shows a solution in which the deviation limit AG is variable.
  • a loop is created in the coding module 40 to ensure that the most suitable compression level is selected. For example, it can be determined at which compression level and thus at which variably adjusted deviation limit AG a desired deviation number AA is reached, exceeded, or undershot.
  • Corridors can also be specified which, as a target corridor, provide a desired range for the number of deviations AA. This means that the deviation limit value AG can be adjusted in such a way that it is so that the desired and therefore ideal rate of compression is actually achieved.
  • Figure 6 shows a possible decoding in which the same amount of data information as the acquisition data set ED can be generated in a decompression data set DKD.
  • the statistical parameter SP is set from the compression data set KD as the cell voltage ZU for all individual (here nine) electrochemical cells 110.
  • those individual cells (cells 6, 8 and 9 in Figure 6) for which a deviation cell voltage AZU exists are overwritten. This creates a decompression data set that is similar to the acquisition data set ED and correlates with it, and which, despite the loss of the individual information for the standard cells, contains specific information in the form of the deviation cell voltages AZU for the outlier cells.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Codierverfahren für ein Codieren von erfassten Zellspannungen (ZU) einer Vielzahl elektrochemischer Zellen (110) eines elektrochemischen Systems (100), insbesondere eines Brennstoffzellensystem und/oder einer Batterievorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Erfassen der Zellspannungen (ZU) der Vielzahl der elektrochemischen Zellen (110), - Speichern der erfassten Zellspannungen (ZU) in einem Erfassungsdatensatz (ED), - Codieren des Erfassungsdatensatzes (ED) zu einem Kompressionsdatensatz (KD), wobei der der Schritt des Codierens die folgende Teilschritte aufweist: ○ Bestimmen und Speichern wenigstens eines gemeinsamen Statistikparameters (SP) für alle erfassten Zellspannungen (ZU), ○ Bestimmen und Speichern der Abweichungsanzahl (AA) von Abweichungs-Zellspannungen (AZU) aller erfassten Zellspannungen (ZU) mit einer Abweichung vom bestimmten Statistikparameter (SP) oberhalb eines vorgegebenen Abweichungsgrenzwerts (AG), ○ Speichern aller Abweichungs-Zellspannungen (AZU), - Ausgeben des Kompressionsdatensatzes (KD).

Description

Codierverfahren für ein Codieren von erfassten Zellspannungen in einem elektrochemischen System
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Codierverfahren für ein Codieren von erfassten Zellspannungen eines elektrischen Systems, ein Decodierverfahren für ein Decodieren eines Kompressionsdatensatzes aus einem solchen Codierverfahren, eine Codiervorrichtung zur Durchführung eines solchen Codierverfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Codierverfahrens und/oder eines Decodierverfahrens.
Es ist grundsätzlich bekannt, dass bei elektrochemischen Systemen elektrische Parameter erfasst werden sollen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist unter einem elektrochemischen System ein System zu verstehen, welches eine Vielzahl einzelner elektrochemischer Zellen aufweist. Zwei Beispiele für solche elektrochemischen Systeme sind einerseits Brennstoffzellensysteme und Elektrolyseure mit einer Vielzahl einzelner Brennstoffzellen als elektrochemische Zellen und andererseits Batterievorrichtungen mit einer Vielzahl einzelner Batteriezellen als elektrochemischer Zellen. Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßes Codierverfahren auch auf andere, ähnlich strukturierte elektrochemische Systeme angewendet werden.
Bei in Zellen aufgebauten elektrochemischen Systemen wird üblicherweise die Zellspannung einer Mehrzahl der vorhandenen Zellen einzeln und/oder in Kombination überwacht und erfasst. Auch ist es denkbar die Zellspannung aller oder im Wesentlichen aller Zellen zu erfassen. Dieses Erfassen erfolgt kontinuierlich, häufig mit hohen Erfassungsfrequenzen von mehreren 100 Hertz oder sogar über 1000 Hertz. Das bedeutet, dass in sehr kurzen Abständen sehr große Datenmengen entstehen, da pro Erfassungsdurchlauf für jede einzelne Zelle eine Zellspannung als Datenwert entsteht. Der dadurch erzeugte Erfassungsdatensatz pro Erfassungsdurchlauf beinhaltet also für jede elektrochemische Zelle eine zu dieser gehörige eineindeutige Zellspannung. Weist ein elektrochemisches System beispielsweise 1000 elektrochemische Zellen auf, so wird pro Erfassungsdurchlauf ein Erfassungsdatensatz mit 1000 erfassten Zellspannungen erzeugt, wobei in diesem Beispiel alle Zellen überwacht werden. Durch die hohe Erfassungsfrequenz führt dies zu sehr hohen Datenmengen, welche erfasst, gespeichert und üblicherweise zur Auswertung weitergeleitet werden müssen. Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass durch die sehr hohen Datenmengen entsprechend hohe Bandbreiten für die Übertragung der erfassten Daten zur Verfügung gestellt werden müssen. Darüberhinausgehend erfordern die Komplexität und die große Anzahl der Daten einen hohen Aufwand in der Auswertung. Üblicherweise wird bei der Auswertung der erfassten Zellspannung besonderes Augenmerk auf die Zellen gelegt, welche von der Norm abweichen und damit Hinweise auf eine fortschreitende Schädigung oder Dysfunktion aufweisen. Um solche einzelnen Zellen, welche auch im Unterschied zu Normzellen als „Ausreißerzellen“ oder „Abweichungszellen“ bezeichnet werden können, in der großen und komplex strukturierten Datenmenge bekannter Erfassungsdatensätze aufzufinden, muss ein entsprechend hoher Auswertungsaufwand betrieben werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Datenmenge bei der Erfassung von Zellspannungen in elektrochemischen Systemen so zu reduzieren, dass eine geringere Bandbreite für die Übertragung ausreicht und insbesondere auch eine erleichterte Auswertung dieser Datensätze ermöglicht wird.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Codierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Decodierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 , eine Codiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Codierverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Decodierverfahren, der erfindungsgemäßen Codiervorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt.
Ein erfindungsgemäßes Codierverfahren dient dem Codieren von erfassten Zellspannungen, einer Vielzahl elektrochemischer Zellen eines elektrochemischen Systems. Ein solches elektrochemisches System ist insbesondere in Form eines Brennstoffzellensystems mit einer Vielzahl einzelner Brennstoffzellen und/oder in Form einer Batterievorrichtung mit einer Vielzahl einzelner Batteriezellen ausgebildet. Ein solches Codierverfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus: - Erfassen der Zellspannungen der Vielzahl der elektrochemischen Zellen,
- Speichern der erfassten Zellspannungen in einem Erfassungsdatensatz,
- Codieren des Erfassungsdatensatzes zu einem Kompressionsdatensatz, wobei der Schritt des Codierens die folgenden Teilschritte aufweist:
- Bestimmen und Speichern wenigstens eines gemeinsamen Statistikparameters für alle erfassten Zellspannungen,
- Bestimmen und Speichern der Abweichungsanzahl von Abweichungs- Zellspannungen aller erfassten Zellspannungen mit einer Abweichung vom bestimmten Statistikparametern oberhalb eines vorgegebenen Abweichungsgrenzwerts,
- Speichern aller Abweichungs-Zellspannungen.
- Ausgeben des Kompressionsdatensatzes.
Ein erfindungsgemäßes Codierverfahren baut auf bekannten Überwachungsverfah- ren elektrochemischer Systeme auf. Solche Überwachungsverfahren greifen die Überwachungsdaten von Spannungssensoren auf, welche den einzelnen elektrochemischen Zellen des Systems zugeordnet sind. In bekannter Weise ist es über diese Sensorik möglich, für zumindest einen Teil oder sogar jede der Vielzahl der elektrochemischen Zellen eine für diese Zelle spezifische und für den Zeitpunkt eindeutige Zellspannung zu erfassen. Diese erfassten Zellspannungen werden zu jedem Zeitschrift des Codierverfahrens in einem Erfassungsdatensatz gespeichert. Bei einer Erfassungsfrequenz von beispielsweise 100 Hertz werden also pro Sekunde 100 Erfassungsdatensätze erzeugt. Jeder dieser Erfassungsdatensätze weist nun eine hohe Anzahl von Zellspannungen auf, welche der Anzahl der elektrochemischen Zellen entspricht. Bei beispielsweise 1000 elektrochemischen Zellen weist der Erfassungsdatensatz entsprechend auch 1000 Zeilen mit 1000 Zellspannungen auf.
Um nun entgegen den bekannten Lösungen zu vermeiden, dass dieser sehr umfangreiche Erfassungsdatensatz bei 100 Hertz einhundertmal pro Sekunde weitergeleitet und ausgewertet werden muss, wendet ein erfindungsgemäßes Codierverfahren den Schritt der Codierung an. Der Erfassungsdatensatz wird nun nicht mehr unverarbeitet ausgegeben und ausgewertet, sondern vorher in einem Kompressionsdatensatz codiert. Dieses Codieren beinhaltet zumindest die drei folgenden Teilschritte.
In einem ersten Schritt wird ein Statistikparameter für alle erfassten Zellspannungen bestimmt und im Kompressionsdatensatz gespeichert. Dieser Statistikparameter ist insbesondere in Form eines Spannungswertes ausgebildet, welcher zum Beispiel, wie später noch erläutert, als statistischer Median, als statistischer Durchschnitt oder als anderweitiger statistischer Parameter ausgebildet sein kann. Auch komplexere Ausbildungen sind denkbar, welche zum Beispiel Kurvenverläufe, statistische Verteilungen oder ähnliches beinhalten. Mit anderen Worten wird aus allen 1000 Zellspannungen in dem angeführten Beispiel ein einziger Wert als Statistikparameter erzeugt, welcher diese Vielzahl unterschiedlicher Zellspannungen am besten wiedergibt. In dem genannten Beispiel von 1000 elektrochemischen Zellen wird nachfolgend zur besseren Erläuterung der statistische Median als Statistikparameter verwendet.
Im ersten Teilschritt des Codierens erfolgt also eine Kompression von allen 1000 unterschiedlichen Zellspannungen auf einen einzigen gemeinsamen Statistikparameter. Da diese Kompression jedoch viel zu stark wäre und insbesondere in der Auswertung die Ausreißerzellen, welche als Ausreißer mit hohem Abstand von diesem Statistikparameter von Interesse sind, ausschließen würde, geht ein weiterer Teilschritt des Schrittes des Codierens darauf ein. In diesem wird geprüft, wie viele der einzelnen Zellen und damit der erfassten Zellspannungen über einem Abweichungsgrenzwert von dem Statistikparameter liegen. Mit anderen Worten werden nun Zellspannungen, welche oberhalb eines Abweichungsgrenzwertes von dem Statistikparameter liegen, als Abweichungs-Zellspannungen erfasst. Diese Abweichungs- Zellspannungen weisen also auf elektrochemische Zellen hin, welche auch als Abweichungszellen oder Ausreißerzellen bezeichnet werden können.
Diese Abweichungs-Zellspannungen und die entsprechende Abweichungsanzahl solcher Ausreißerzellen wird nun ebenfalls im Kompressionsdatensatz gespeichert. Der Kompressionsdatensatz enthält also zumindest drei unterschiedliche Informationsbestandteile. Zum einen ist dies der Statistikparameter, also im vorliegenden Beispiel die Kompression aller 1000 Zellspannungen auf einen einzigen Wert. Zusätzlich enthält der Kompressionsdatensatz die Information über die Anzahl der elektrochemischen Zellen, welche als Ausreißerzellen eine Abweichungs-Zellspannung mit entsprechend großer Abweichung vom Statistikparameter aufweisen. Diese Abwei- chungsanzahl gibt einen Hinweis darauf, wie viele der aktuell überwachten elektrochemischen Zellen eine hohe Abweichung und damit eine entsprechend hohe Disharmonie des elektrochemischen Systems mit sich bringen. Die letzte und dritte Information des Kompressionsdatensatzes ist der tatsächliche Wert aller Abweichungs- Zellspannungen, da dieser einen qualitativen und/oder quantitativen Hinweis auf unterschiedliche Schädigungs- oder Dysfunktionsmechanismen der entsprechend zugeordneten einzelnen elektrochemischen Zellen geben kann.
Im letzten Schritt eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens wird nun an Stelle des Erfassungsdatensatzes der Kompressionsdatensatz ausgegeben, welcher durch die Kompression der nicht interessanten Zellspannungen der Normzellen, welche innerhalb der erlaubten Abweichung vom Statistikparameter liegen, deutlich weniger Daten aufweist, als dies beim Erfassungsdatensatzes der Fall ist. Liegen beispielsweise fünf der überwachten 1000 Zellen zu einem Erfassungszeitpunkt oberhalb der Abweichungsgrenze, so reduziert sich der Erfassungsdatensatz mit 1000 einzelnen Datenwerten nun auf einen Kompressionsdatensatz mit insgesamt sieben Einzelwerten, nämlich dem Statistikparameter, der Abweichungsanzahl (hier „5“) und den fünf expliziten Abweichungs-Zellspannungen. Mit anderen Worten konnte hier bei diesem Beispiel der Datensatz von 1000 Einzeldaten auf sieben Einzeldaten massiv reduziert werden. Diese Reduktion erhält jedoch die Hauptinformation, welche für ein nachfolgendes Auswertungsverfahren von Interesse ist, in unkomprimierter Weise, nämlich die Anzahl und die explizite Bewertung der einzelnen Ausreißerzellen in Form der Abweichungsanzahl und der Abweichungs-Zellspannungen.
Durch ein erfindungsgemäßes Codierverfahren bleibt also ein sehr einfaches Auslesen und Auswerten sogar ohne eine Decodierung des Kompressionsdatensatzes für die Auswertung möglich. Das Codieren, welches auch hier als Komprimieren verstanden und bezeichnet werden kann, erlaubt es damit, insbesondere bei elektrochemischen Systemen deren Zellspannungen keine Gaußverteilung aufweisen, sehr effizient eine Kompression zur Verfügung zu stellen, welche gleichzeitig ein erleichtertes Auslesen und Auswerten beinhaltet. Bevorzugt wird dabei eine bestimmte Reihenfolge bei der Erzeugung des Kompressionsdatensatzes eingehalten, bei welcher die Abweichungs-Zellspannungen an das Ende der Teilschritte des Codierens gestellt werden. Da je nach Zeitschrift die Abweichungsanzahl unterschiedlich sein kann, kann nun das Ende des Kompressionsdatensatzes und damit dessen Länge offengelassen werden und je nach Abweichungsanzahl sich entsprechend eine un- terschiedliche Länge und damit auch ein unterschiedlicher Kompressionsgrad für den Kompressionsdatensatz ergeben.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren zusätzlich noch ein Erfassen des Systemstroms und/oder der Systemleistung des elektrochemischen Systems erfolgt, wobei der Schritt des Codierens zusätzlich noch als weiteren Teilschritt ein Speichern des erfassten Systemstroms aufweist. Dabei kann auf eine zusätzliche Sensorik des elektrochemischen Systems zurückgegriffen werden und auf den aktuell vorhandenen Strom in dem elektrochemischen System Bezug genommen werden. Auch ist es möglich aus der erfassten Systemleistung den Systemstrom indirekt zu bestimmen. Insbesondere bei der später noch erläuterten Verwendung einer Polarisationskurve kann der Systemstrom als Eingangswert und damit als Parameter für einen Teilschritt des Codierschrittes Verwendung finden. Auch andere Nebeninformationen, wie zum Beispiel die Temperatur des elektrochemischen Systems und/oder sogar Einzeltemperaturen einzelner elektrochemischer Zellen können erfasst und im Erfassungsdatensatz und/oder Kompressionsdatensatz berücksichtigt werden.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Bestimmen und Speichern der Abweichungsdifferenz aller Abweichungs-Zellspannungen zum bestimmten Statistikparameter aufweist. Darunter ist zu verstehen, dass nicht nur die Abweichungs- Zellspannungen selbst, sondern auch deren Abweichungsdifferenz gespeichert werden können. Dabei werden also nicht nur absolute Werte, sondern auch Relativwerte gespeichert und in den Kompressionsdatensatz integriert. Hier kann es Vorteile mit sich bringen, eine Begrenzung zur Verfügung zu stellen, sodass der erste und der letzte und/oder der minimale und der maximale Wert für die einzelnen Abweichungsdifferenzen Berücksichtigung finden.
Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren als Statistikparameter wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
- Medianwert,
- Durchschnittswert,
Vorgabewert. Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Insbesondere ist die Verwendung des Medianwertes als Statistikparameter bevorzugt, da er die tatsächliche Mitte zwischen den unteren 50% und den oberen 50% der Einzelwerte der Zellspannungen wiedergibt. Im Vergleich zu einem Durchschnittswert gleicht der Median extreme Ausreißer einzelner Zellspannungen besser aus und kann damit eine verbesserte Codierung hinsichtlich der Unterscheidung zwischen interessanten Ausreißerzellen und weniger interessanten Normzellen bieten. Ein Vorgabewert, welcher auch als Offsetvorgabe beschrieben werden kann, kann als gerade Linie oder auch als Krümmung ausgebildet sein und auf diese Weise ebenfalls eine Vorgabe bilden, um den Unterschied zwischen Statistikparameter und den einzelnen Zellspannung bewerten zu können. Der Vorgabewert kann auch als „curve fitting“ bezeichnet werden, wenn er zu Beispiel in Form einer Vorgabekurve ausgebildet ist.
Weitere Vorteile werden erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren der Kompressionsdatensatz eine Auflösung von 1 mV aufweist. Eine solche Auflösung erlaubt es beispielsweise bei einer binären Speicherung in Bit, die einzelnen Werte Bits zuzuordnen, also zum Beispiel den Statistikparameter mit 10 Bit und damit mit 0 bis 1023 mV einer möglichen Zellspannung bei Brennstoffzellen oder Batteriezellen zu versehen. Für andere Ausbildungen des elektrochemischen Systems sind auch andere Auflösungen sowie andere Bitgrößen denkbar. Selbstverständlich können für unterschiedliche Einsatzzwecke auch andere Auflösungen und andere Speicherarten verwendet werden. Selbstverständlich sind auch andere, insbesondere gröbere Auflösung denkbar, welche sich zum Beispiel an elektrischen Eigenschaften einer Umrichtervorrichtung orientieren.
Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren die Abweichungs-Zellspannungen am Ende des Kompressionsdatensatzes gespeichert werden. Wie bereits eingangs erläutert worden ist, ist bei jedem Erfassungsschritt nicht vorhersehbar, wie viele der überwachten elektrochemischen Zellen als Ausreißerzellen eine Abweichungs-Zellspannung aufweisen. Diese Anzahl, welche im Rahmen des Codierverfahrens als Abweichungsanzahl bestimmt wird, kann zum Beispiel zwischen 0 und einigen 100 elektrochemischen Zellen variieren. Daher ist es vorteilhaft, die Länge des Kompressionsdatensatzes offenzulassen und entsprechend der tatsächlich bestimmten Abweichungsanzahl die entsprechend dieser Abweichungsanzahl einzelnen Werte aller Abweichungs-Zellspannungen am Ende des Kompressionsdatensatzes anzufügen, sodass dessen Länge hinsichtlich der zugehörigen tatsächlichen Werte variiert. Für andere Ausführungsformen ist selbstverständlich auch eine Positionierung an einer anderen Stelle als am Ende denkbar.
Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren der Abweichungsgrenzwert variabel ausgebildet ist, wobei als Schritt des Codierverfahrens und/oder als Teilschritt des Schritts des Codierens eine Anpassung des Abweichungsgrenzwertes erfolgt. Es ist grundsätzlich nicht vorhersehbar, wie hoch die Abweichungsanzahl beim jeweiligen Durchlauf der Erfassung ist. Daher kann im Rahmen dieser Ausführungsform der Abweichungsgrenzwert bei jeder Codierung so angepasst werden, so dass eine Kompression so stark wie möglich und eine Genauigkeit so hoch wie nötig erreicht wird. Mit anderen Worten wird es möglich, die Kompressionsrate bei jedem Codierschritt so anzupassen, dass die beste Kompression ohne einen unerwünschten Verlust an Genauigkeit erreicht werden kann. Dieser Abweichungsgrenzwert, welcher auch als Cut-off-Wert bezeichnet werden kann, kann zum Beispiel, wie im nachfolgenden Absatz erläutert wird, die Kompressionsrate ins Verhältnis zur mit der Kompressionsrate erzielbaren Abweichungsanzahl setzen. Diese Variation erlaubt es, die Kompression flexibel an die aktuelle Betriebssituation und vor allem an die aktuelle Zellsituation im elektrochemischen System anzupassen.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem Codierverfahren gemäß dem voranstehenden Absatz für die Anpassung des Abweichungsgrenzwerts die Abweichungsanzahl für unterschiedliche Abweichungsgrenzwerte bestimmt wird und der Abweichungsgrenzwert auf einen Wert angepasst wird, welcher eine vorgegebene Abweichungsanzahl nicht überschreitet. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass eine maximale Abweichungsanzahl von 50 Ausreißerzellen nicht überschritten werden soll. In einem solchen Fall wird der Abweichungsgrenzwert so lange reduziert, bis die Abweichungsanzahl diese vorgegebene Abweichungsanzahl unterschreitet, sodass möglichst nahe an dieser vorgegebenen Grenze nun der Abweichungsgrenzwert mit der daraus resultierenden Kompressionsrate für den Schritt des Codierens eingesetzt werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Speichern wenigstens einer Polarisationskurve aufweist, wobei die Bestimmung des Statistikparameters die Polarisati- onskurve berücksichtigt. Eine Polarisationskurve kann auch als Betriebskurve des elektrochemischen Systems bezeichnet werden und setzt insbesondere den aktuellen Strom und die dazugehörige Spannung miteinander in Korrelation. Daher ist es möglich, die Polarisationskurve direkt als Eingangswert für den Statistikparameter zu verwenden. Hierfür ist es jedoch notwendig, wie bereits erläutert worden ist, den Systemstrom zu erfassen. Insbesondere wird dies bei elektrochemischen Systemen in Form von Brennstoffzellensystemen eingesetzt. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass auch zwei oder mehr Polarisationskurven entsprechend indiziert in das Codierverfahren integriert sein können. Sie können konstant in einem Speicher vorgegeben sein oder einen ebenfalls konstanten Teil des Erfassungsdatensatzes bilden. Sie können am Beginn des Kompressionsdatensatzes gespeichert werden als Teil des Statistikparameters oder separat von diesem. Auch ist es möglich, dass der Kompressionsdatensatz zusätzlich noch den Unterschied zwischen der Polarisationskurve und einem Median und/oder einem Durchschnitt als Statistikparameter enthält.
Ebenfalls von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Codierverfahren der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Bestimmen und Speichern der Abweichung des Statistikparameters von einer Normalverteilung aufweist. Dies erlaubt es, die Kompressionsmöglichkeit für den Mittelteil einer Verteilungskurve, also die Normalzellen, welche keine Ausreißerzellen darstellen, mit einer Normalverteilung abzugleichen. Es erfolgt also keine Einzelbewertung dieser Normzellen mehr, sondern vielmehr ein Austausch durch die Normverteilung für diese Normzellen, welche nicht als Ausreißerzellen mit Abweichungs-Zellspannungen bezeichnet werden können.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Decodierverfahren für ein Decodieren eines Kompressionsdatensatzes aus einem erfindungsgemäßen Codierverfahren in einen De-Kompressionsdatensatz. Ein solches Decodierverfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
- Speichern des Statistikparameters als Zellspannung für jede elektrochemische Zelle des elektrochemischen Systems,
- Speichern der Abweichungs-Zellspannungen für die entsprechenden elektrochemischen Zellen unter Überschreiben der jeweils gespeicherten Statistikparameter. Während ein Kompressionsdatensatz durch die Überbrückung der Kompression für die Ausreißerzellen bereits direkt ausgewertet werden kann, kann es für weitere Einsatzzwecke sinnvoll sein, den Kompressionsdatensatz wieder vollständig auf zum Beispiel 1000 Datenwerte im Beispiel für 1000 elektrochemische Zellen zu decodieren. Diese Decodierung führt zu einem De-Kompressionsdatensatz, welcher mit dem Erfassungsdatensatz korreliert. Dadurch, dass bei der Kompression im Codierschritt jedoch die Einzelinformationen durch die Kombination in dem gemeinsamen Statistikparameter verlorengegangen sind, wird nun im ersten Schritt der Decodierung ein Einsetzen dieses Statistikparameters als Zellspannung für alle elektrochemischen Zellen durchgeführt. Wird beispielsweise der Medianwert als Statistikparameter im Codierverfahren eingesetzt, so wird bei der Decodierung im De- Kompressionsdatensatz für alle elektrochemischen Zellen dieser Medianwert als Zellspannung gespeichert. Im zweiten Schritt erfolgt nun ein Überschreiben dieser eingesetzten Medianwerte als Statistikparameter für genau die elektrochemischen Zellen, für welche im Kompressionsdatensatz eine Abweichungs-Zellspannung vorhanden ist. Bei diesen elektrochemischen Zellen handelt es sich um die sogenannten Ausreißerzellen, welche bei der weiteren Auswertung von entscheidender Bedeutung sind. Sie werden bei der Decodierung mit den exakten und aus der Kompression ausgeschlossenen Informationen in Form der vorhandenen und gespeicherten Abweichungs-Zellspannungen im De-Kompressionsdatensatz aufgenommen.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Codiervorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens mit einem Erfassungsmodul, einem Speichermodul, einem Codiermodul und einem Ausgabemodul, welche für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens ausgebildet sind. Damit bringt eine solche Codiervorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Codierverfahren erläutert worden sind.
Nicht näher ausgeführt, aber auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Decodiervorrichtung mit einer Speichervorrichtung, welche in der Lage ist, ein erfindungsgemäßes Decodierverfahren auszuführen.
Ein darüberhinausgehender Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens und/oder die Schritte eines erfindungsgemäßen Decodierverfah- rens durchzuführen. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Codierverfahren sowie ein erfindungsgemäßes Decodierverfahren erläutert worden sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codiervorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Teilschritte des Codierschritts,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codiervorrichtung,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codiervorrichtung,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codiervorrichtung,
Fig. 6 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Decodierverfahrens.
In der Figur 1 ist schematisch ein elektrochemisches System 100, beispielsweise in Form eines Brennstoffzellensystems und/oder in Form einer Batterievorrichtung, dargestellt. Die einzelnen elektrochemischen Zellen 110 können einzelne Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems oder Batteriezellen in einer Batterievorrichtung sein. Eine Vielzahl von Sensoren erlaubt es für jede einzelne elektrochemische Zelle 110 eine zugehörige Zellspannung ZU zu erfassen. Hier soll die Anzahl der elektrochemischen Zellen 110 mit „n“ bezeichnet werden, sodass entsprechend insgesamt n Zellspannungen ZU-1 bis ZU-n von dem Erfassungsmodul 20 erfasst werden. Das Speichermodul 30 ist in der Lage, diese in den Erfassungsdatensatz ED zu überführen, welcher entsprechend auch über n Zeilen die zugehörigen Werte der Zellspannungen ZU einspeichert. Handelt es sich um 1000 elektrochemische Zellen 110 ist der Wert für n demnach 1000 und der Erfassungsdatensatz ED weist entsprechend 1000 Einzelwerte in 1000 Zeilen auf.
Um nun eine zielgerichtete Kompression unter verbleibender einfacher Auswertbar- keit durchzuführen, kann das erfindungsgemäße Codierverfahren in der Codiervorrichtung 10 der Figur 1 nun in der Lage sein, über das Codiermodul 40 einige Teilschritte durchzuführen. Dabei wird im ersten Schritt ein Statistikparameter zur Verfügung gestellt, welcher mit Bezug auf die Figur 2 näher erläutert wird.
Die Teilschritte der Codierung in der Figur 2 zeigen einen Zeitpunkt, welcher als senkrechte Linie im oberen Teil der Figur 2 dargestellt ist. Während im oberen Teil der Figur 2 der jeweilige Medianwert als Statistikparameter SP für die Zellspannungen ZU angegeben ist, zeigt die Figur 2 zu exakt diesem Zeitpunkt die Einzelwerte für alle einzelnen elektrochemischen Zellen 110. Diese schwanken um den Statistikparameter SP, welcher hier bei circa 650 mV liegt. Über Abweichungsgrenzen AG, welche oberhalb und unterhalb um den Statistikparameter SP herum angeordnet sind, können entsprechend hier sechs Abweichungs-Zellspannungen AZU erkannt werden.
In Figur 1 ist der Übersichtlichkeit halber die Anzahl der Ausreißerzellen auf die Zellen 6, 8 und 9 (nicht näher definiert in den Figuren) begrenzt. Das bedeutet, dass in den Teilschritten des Codierschrittes das Codiermodul 40 nun den Statistikparameter SP als Medianwert auf 650 (in der Einheit mV) setzt. Dadurch, dass bei einer gewählten Abweichungsgrenze AG und dem Statistikparameter SP von 650 insgesamt 3 der einzelnen elektrochemischen Zellen 110 den Abweichungsgrenzwert AG überschreiten, wird als Abweichungsanzahl AA die 3 in dem Kompressionsdatensatz KD gespeichert. Für diese drei abweichenden Ausreißerzellen wird nun die entsprechende Abweichungs-Zellspannung AZU 6-620, 8-680 und 9-610 mit den zugehörigen Werten gespeichert (In den Figuren stellt die erste Zahl die Zellnummer und die Zahl nach dem Bindestrich die Abweichungszellspannung AZU dar) und anschließend über das Ausgebemodul 50 der Kompressionsdatensatz KD ausgegeben.
Bei einem Beispiel von bis zu 1000 Zellen reduziert also das Codiermodul 40 den Erfassungsdatensatz ED von 1000 Zellen auf hier fünf Zellen. Diese fünf Zellen beinhalten jedoch die entscheidenden Zellen 6, 8 und 9, welche als Ausreißerzellen weit von den Normzellen abweichen, in unkomprimierter Weise, sodass in einer nachfol- genden Auswertelogik sehr schnell auf die tatsächliche Funktionssituation des elektrochemischen Systems 100 rückgeschlossen werden kann.
Die Figur 3 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 1. Hier ist zusätzlich ein Stromsensor für das elektrochemische System 100 vorgesehen. Über diesen kann der Systemstrom Sl von dem Erfassungsmodul 20 erfasst und im Erfassungsdatensatz ED gespeichert werden. Im Fall eines Brennstoffzellensystems kann der Systemstrom (Sl) auch als Stapelstrom bezeichnet werden. Dieser Stromwert als Systemstrom Sl kann ebenfalls in den Kompressionsdatensatz KD überführt werden oder, wie später noch erläutert, weitere Verwendung finden.
Weiter zeigt die Figur 4 eine Lösung, bei der zusätzlich zu den tatsächlichen und absoluten Parameterwerten für die Abweichungs-Zellspannungen AZU auch einzelne Abweichungsdifferenzen AD-1 und AD-2 gespeichert werden. Diese erlauben es, zusätzlich noch weitere statistische Analysen durchzuführen und als relative Aussagen einen Hinweis zu geben, wie stark die Streuung der Ausreißerzellen und der zugehörigen Abweichungs-Zellspannungen AZU ist. Selbstverständlich können auch mehr Abweichungsdifferenzen AD-n gespeichert werden.
Steht der Systemstrom Sl zur Verfügung, kann zusätzlich noch eine Polarisationskurve PK im Codiermodul 40 berücksichtigt werden. Eine solche Ausführungsform ist in der Figur 5 dargestellt. Dies erlaubt es nun, beim Erzeugen der Abweichungsgrenze AG und/oder beim Erzeugen des Statistikparameters SP diese Polarisationskurven PK zu verwenden, mit einem Medianwert oder einem Durchschnittswert zu vergleichen oder direkt als Statistikparameter SP zu setzen. Zur weiteren Verdeutlichung liegt daher hier bei der Verwendung der Polarisationskurve PK der Statistikparameter SP bei dem Wert „5“. Darüber hinaus zeigt die Figur 5 eine Lösung, bei welcher der Abweichungsgrenzwert AG variabel ausgebildet ist. Bevor der Kompressionsdatensatz KD geschrieben wird. Erfolgt hier eine im Codiermodul 40 ausgebildete Schleife, um sicherzustellen, dass der am besten passende Kompressionsgrad gewählt wird. Beispielsweise kann bestimmt werden, bei welchem Kompressionsgrad und damit bei welchem variabel angepassten Abweichungsgrenzwert AG eine gewünschte Abweichungsanzahl AA erreicht, überschritten oder unterschritten wird.
Auch können Korridore vorgegeben werden, welche als Zielkorridor einen gewünschten Bereich für die Abweichungsanzahl AA ergeben. Damit kann bei jedem Durchlauf eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens der Abweichungsgrenzwert AG so an- gepasst werden, dass die gewünschte und damit die ideale Rate für die Kompression auch tatsächlich erreicht wird.
Die Figur 6 zeigt eine mögliche Decodierung, bei welcher wieder die vom Erfassungsdatensatz ED gleiche Anzahl an Dateninformationen in einem De- Kompressionsdatensatz DKD erzeugt werden kann. Aus dem Kompressionsdatensatz KD wird nun im links in der Figur 6 dargestellten ersten Schritt der Statistikparameter SP als Zellspannung ZU für alle einzelnen (hier neun Stück) elektrochemischen Zellen 110 gesetzt. Im zweiten Schritt werden diejenigen einzelnen Zellen (in der Figur 6 die Zellen 6, 8 und 9) überschrieben, für welche eine Abweichungs- Zellspannung AZU vorhanden ist. Damit erfolgt also ein Erzeugen eines dem Erfassungsdatensatz ED ähnlichem und mit diesem korrelierenden De- Kompressionsdatensatz, welcher trotz des Verlustes der Einzelinformationen für die Normzellen spezifische Informationen in Form der Abweichungs-Zellspannungen AZU für die Ausreißerzellen enthält.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Bezugszeichenliste
10 Codiervorrichtung
20 Erfassungsmodul
30 Speichermodul
40 Codiermodul
50 Ausgabemodul
100 elektrochemisches System
110 elektrochemische Zelle
Sl Systemstrom
ZU Zellspannung
ED Erfassungsdatensatz
KD Kompressionsdatensatz
DKD De-Kompressionsdatensatz
SP Statistikparameter
PK Polarisationskurve
AG Abweichungsgrenzwert
AA Abweichungsanzahl
AD Abweichungsdifferenz
AZU Abweichungs-Zellspannung

Claims

Patentansprüche Codierverfahren für ein Codieren von erfassten Zellspannungen (ZU) einer Vielzahl elektrochemischer Zellen (110) eines elektrochemischen Systems (100), insbesondere eines Brennstoffzellensystems und/oder einer Batterievorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Erfassen der Zellspannungen (ZU) der Vielzahl der elektrochemischen Zellen (110),
- Speichern der erfassten Zellspannungen (ZU) in einem Erfassungsdatensatz (ED),
- Codieren des Erfassungsdatensatzes (ED) zu einem Kompressionsdatensatz (KD), wobei der der Schritt des Codierens die folgende Teilschritte aufweist: o Bestimmen und Speichern wenigstens eines gemeinsamen Statistikparameters (SP) für alle erfassten Zellspannungen (ZU), o Bestimmen und Speichern der Abweichungsanzahl (AA) von Abweichungs-Zellspannungen (AZU) aller erfassten Zellspannungen (ZU) mit einer Abweichung vom bestimmten Statistikparameter (SP) oberhalb eines vorgegebenen Abweichungsgrenzwerts (AG), o Speichern aller Abweichungs-Zellspannungen (AZU),
- Ausgeben des Kompressionsdatensatzes (KD). Codierverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch ein Erfassen des Systemstroms (Sl) und/oder der Systemleistung des elektrochemischen Systems (100) erfolgt, wobei der Schritt des Codierens zusätzlich noch als weiteren Teilschritt ein Speichern des erfassten Systemstroms (Sl) aufweist. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Bestimmen und Speichern der Abweichungsdifferenz (AD) aller Abweichungs- Zellspannungen (AZU) zum bestimmten Statistikparameter (SP) aufweist. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Statistikparameter (SP) wenigstens einer der folgenden verwendet wird:
- Medianwert
- Durchschnittswert
- Vorgabewert Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsdatensatz (KD) eine Auflösung von 1mV aufweist. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungs-Zellspannungen (AZU) am Ende des Kompressionsdatensatzes (KD) gespeichert werden. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsgrenzwert (AG) variabel ausgebildet ist, wobei als Schritt des Codierverfahrens und/oder Teilschritt des Schritts des Codierens eine Anpassung des Abweichungsgrenzwerts (AG) erfolgt. Codierverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anpassung des Abweichungsgrenzwerts (AG) die Abweichungsanzahl (AA) für unterschiedliche Abweichungsgrenzwerte (AG) bestimmt wird und der Abweichungsgrenzwert (AG) auf einen Wert angepasst wird, welcher eine vorgegebene Abweichungsanzahl (AA) nicht überschreitet. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Speichern wenigstens einer Polarisationskurve (PK) aufweist, wobei die Bestimmung des Statistikparameters (SP) die Polarisationskurve (PK) berücksichtigt. Codierverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Codierens als weiteren Teilschritt ein Bestimmen und Speichern der Abweichung des Statistikparameters (SP) von einer Normalverteilung aufweist. Decodierverfahren für ein Decodieren eines Kompressionsdatensatzes (KD) aus einem Codierverfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 in einen De-Kompressionsdatensatz (DKD), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Speichern des Statistikparameters (SP) als Zellspannung (ZU) für jede elektrochemische Zelle (110) des elektrochemischen Systems (100),
- Speichern der Abweichungs-Zellspannungen (AZU) für die entsprechenden elektrochemischen Zellen (110) unter Überschreiben der jeweils gespeicherten Statistikparameter (SP). Codiervorrichtung (10) für die Durchführung eines Codierverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Erfassungsmodul (20) zum Erfassen der Zellspannungen (ZU) der Vielzahl der elektrochemischen Zellen (110), ein Speichermodul (30) zum Speichern der erfassten Zellspannungen (ZU) in einem Erfassungsdatensatz (ED), ein Codiermodul (40) zum Codieren des Erfassungsdatensatzes (ED) zu einem Kompressionsdatensatz (KD) mittels einem Bestimmen und Speichern wenigstens eines gemeinsamen Statistikparameters (SP) für alle erfassten Zellspannungen (ZU), einem Bestimmen und Speichern der Abweichungsanzahl (AA) von Abweichungs-Zellspannungen (AZU) aller erfassten Zellspannungen (ZU) mit einer Abweichung vom bestimmten Statistikparameter (SP) oberhalb eines vorgegebenen Abweichungsgrenzwerts (AG) und einem Speichern aller Abweichungs-Zellspannungen (AZU), weiter aufweisend ein Ausgabemodul (50) zum Ausgeben des Kompressionsdatensatzes (KD), wobei das Erfassungsmodul (20), das Speichermodul (30), das Codiermodul (40) und/oder das Ausgabemodul (50) insbesondere für die Durchführung eines Codierverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte eines Codierverfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 10 und/oder die Schritte eines Decodierverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 auszuführen.
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