DE102013209449A1 - Method and devices for providing information for maintenance and service purposes of a battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten und ein Steuersystem umfasst, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und Histogramme gebildet werden, die Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen, mit den folgenden Schritten: a) Erstellen eines Histogramms über einen Fahrzyklus; b) Laden eines bestehenden Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher; c) Aktualisieren des bestehenden Histogramms mit den Daten des erstellten Histogramms; d) Ermitteln jeweils eines reduzierten Werts und eines Offset-Werts für die Häufigkeitswerte des aktualisierten Histogramms; e) Speichern des aktualisierten Histogramms in den nicht-flüchtigen Speicher. Es werden außerdem eine Datenstruktur, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer derartigen Batterie verbunden ist.The invention relates to a method for providing information for maintenance and service purposes of a battery, which comprises a plurality of battery units and a control system, usage data of a battery unit being recorded and quantized and histograms being formed, the frequency values of the occurrence of certain values of the individual quantized usage data or from them have derived values, with the following steps: a) creating a histogram over a driving cycle; b) loading an existing histogram from a non-volatile memory; c) updating the existing histogram with the data of the created histogram; d) determining a reduced value and an offset value for the frequency values of the updated histogram; e) storing the updated histogram in the non-volatile memory. A data structure, a computer program and a battery management system are also specified, which are set up to carry out the method, as well as a battery and a motor vehicle whose drive system is connected to such a battery.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten und zumindest ein Steuergerät umfasst, wobei Nutzungsdaten der Batterieeinheiten erfasst und quantisiert werden und wobei Histogramme gebildet werden, die Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen.The invention relates to a method for providing information for maintenance and service purposes of a battery comprising a plurality of battery units and at least one controller, wherein usage data of the battery units are detected and quantized and histograms are formed, the frequency values of the occurrence of particular values of the individual quantized usage data or derived values.

Weiterhin werden eine Datenstruktur, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie angegeben.Furthermore, a data structure, a computer program and a battery management system are specified, which are set up in particular for carrying out the method. Furthermore, a battery and a motor vehicle are specified with such a battery.

Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte und Steuergeräte für ABS oder den Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist ein heutiger Forschungsschwerpunkt die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriepacks mit zugehörigen Batteriemanagementsystemen, d.h. Steuergeräten, welche mit einer Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet sind. Batteriemanagementsysteme gewährleisten unter anderem die sichere und zuverlässige Funktion der eingesetzten Batteriezellen und Batteriepacks. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und weitere Größen für einzelne Zellen und/oder den ganzen Batteriepack. Mit Hilfe dieser Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern.Electronic control units are increasingly used in the automotive environment today, examples include engine control units and control units for ABS or the airbag. For electric powered vehicles, a current research focus is the development of powerful battery packs with associated battery management systems, i. Controllers equipped with software for monitoring battery functionality. Among other things, battery management systems ensure the safe and reliable functioning of the battery cells and battery packs used. They monitor and control currents, voltages, temperatures, insulation resistances and other sizes for individual cells and / or the entire battery pack. These sizes can be used to implement management functions that increase the life, reliability and safety of the battery system.

DE 10 2010 031 337 A1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer von Batteriezellen. Dabei werden physikalische Größen und/oder die Anzahl von Durchführungen von in den Batteriezellen stattfindenden Vorgängen für mehrere Betriebszyklen ermittelt und die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Anzahl der Durchführungen wenigstens eines bestimmten Vorgangs gespeichert. Hierdurch lassen sich unter anderem Zelldefekte frühzeitig erkennen, verhindern und genaue Erkenntnisse hinsichtlich der voraussichtlichen Lebensdauer der Batteriezelle gewinnen. DE 10 2010 031 337 A1 shows a method for determining the expected life of battery cells. In this case, physical quantities and / or the number of executions of processes taking place in the battery cells are determined for a plurality of operating cycles and the frequency of occurrence of specific values of the physical quantity and / or the frequency of the number of executions of at least one specific process is stored. As a result, inter alia, cell defects can be detected early, prevent and gain accurate knowledge of the expected life of the battery cell.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Nach einem ersten Aspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten und ein Steuersystem umfasst, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und Histogramme gebildet werden, die Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen, die folgenden Schritte:

  • a) Erstellen eines Histogramms über einen Fahrzyklus;
  • b) Laden eines bestehenden Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher;
  • c) Aktualisieren des bestehenden Histogramms mit den Daten des erstellten Histogramms;
  • d) Ermitteln jeweils eines reduzierten Werts und eines Offset-Werts für die Häufigkeitswerte des aktualisierten Histogramms;
  • e) Speichern des aktualisierten Histogramms in den nicht-flüchtigen Speicher.
According to a first aspect, a method according to the invention for providing information for maintenance and service purposes of a battery comprising a plurality of battery units and a control system, wherein usage data of a battery unit is detected and quantized and histograms are formed, the frequency values of the occurrence of specific values of the individual quantized Usage data or values derived from it, the following steps:
  • a) creating a histogram over a driving cycle;
  • b) loading an existing histogram from a non-volatile memory;
  • c) updating the existing histogram with the data of the created histogram;
  • d) determining a reduced value and an offset value for the frequency values of the updated histogram, respectively;
  • e) storing the updated histogram in the non-volatile memory.

Die Auflösung der zu speichernden Histogrammwerte wird reduziert, beispielsweise von 32 Bit pro Eintrag auf 16 Bit pro Eintrag. Um trotzdem Werte in der Größenordnung von 32 Bit verwalten zu können, werden in diesem Beispiel für Werte oberhalb von 16 Bit Offsets verwendet. Der Offset multipliziert mit 216 plus dem gespeicherten 16 Bit-Wert ergibt den Histogrammeintrag. The resolution of the histogram values to be stored is reduced, for example from 32 bits per entry to 16 bits per entry. In order to still be able to manage values of the order of 32 bits, this example uses values above 16 bit offsets. The offset multiplied by 2 16 plus the stored 16 bit value gives the histogram entry.

Vorteilhaft wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren eine Historie über die Nutzung der Batterie geführt, welche sowohl im Rahmen von Gewährleistungsansprüchen als auch zur Auswertung der Nutzung der Batterie, beispielsweise zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer oder des Gesundheitszustands (SOH) der Batterieeinheit ausgelesen und herangezogen kann. Dabei werden Histogramme gebildet, wobei die Histogramme den einzelnen quantisierten Nutzungsdaten zuordnungsfähige Anzahlen von Erfassungen des jeweiligen quantisierten Nutzungsdatums oder daraus abgeleitete Werte aufweisen. Die Histogramme eignen sich besonders vorteilhaft zur Ermittlung der Lebensdauer und des Gesundheits- und Alterungszustands der Batterieeinheit. Durch Verwendung eines Zählers für die Fahrzyklen können außerdem Rückschlüsse auf die durchschnittliche Nutzung der Batterieeinheit pro Fahrzyklus gezogen werden. Somit gibt das Histogramm einen Gesamtüberblick über die Verwendung der Batterie während der bisherigen Lebensdauer. Auch im Rahmen von Gewährleistungsansprüchen kann das Histogramm aus dem nicht-flüchtigen Speicher des betreffenden Steuergeräts ausgelesen und zur Auswertung der Nutzung der Batterie herangezogen werden. A history of the use of the battery is advantageously performed in the inventive method, which can be read both in the context of warranty claims as well as the evaluation of the use of the battery, for example, to determine the expected life or health status (SOH) of the battery unit and used. Here, histograms are formed, wherein the histograms the individual quantized usage data assignable numbers of acquisitions of the respective quantized use date or derived values. The histograms are particularly advantageous for determining the life and the health and aging state of the battery unit. In addition, by using a counter for the driving cycles can be drawn conclusions on the average use of the battery unit per driving cycle. Thus, the histogram gives an overall view of the use of the battery during the previous life. Also in the context of warranty claims, the histogram can be read from the non-volatile memory of the relevant control unit and used to evaluate the use of the battery.

Mit abgeleiteten Werten können beispielsweise relative Häufigkeiten, systematische Verschiebungen oder Wichtungen der Erfassungen der Nutzungsdaten bezeichnet sein, die geeignet sind, die Aussage- oder Vergleichskraft der erfassten Nutzungsdaten zu vergrößern.By derived values, for example, relative frequencies, systematic shifts or weights of the usage data acquisitions may be designated, which are suitable for increasing the meaningfulness or comparison of the acquired usage data.

Mit der Quantisierung der erfassten Nutzungsdaten wird bezeichnet, dass Stützstellen definiert werden, die jeweils Grenzen von Intervallen darstellen, und die erfassten Nutzungsdaten den Intervallen zugeordnet werden. Die Intervalle können dabei unterschiedlich groß oder regelmäßig definiert sein. Beispielsweise kann ein Temperaturbereich zwischen –40 °C und +80 °C definiert und in Intervallen von 10 °C, 5 °C, 2 °C oder 1 °C unterteilt sein. Bei der Größe und Anzahl der Intervalle wird zum einen der vom Histogramm eingenommene Speicher berücksichtigt und zum anderen die Aussagekraft der derart quantisierten erfassten Nutzungsdaten.By the quantization of the acquired usage data, it is meant that support points are defined, each representing boundaries of intervals, and the acquired usage data are assigned to the intervals. The intervals can be different sizes or regularly defined. For example, a temperature range between -40 ° C and +80 ° C may be defined and divided at intervals of 10 ° C, 5 ° C, 2 ° C or 1 ° C. Regarding the size and number of intervals, on the one hand, the memory occupied by the histogram is taken into account and, on the other hand, the validity of the recorded usage data quantized in this way.

Die Aktualisierung des Histogramms erfolgt nach jedem Fahrzyklus. Ein Histogramm umfasst somit die Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten des letzten Fahrzyklus und der vorherigen Fahrzyklen. Die einen Beginn und ein Ende des Fahrzyklus auslösenden Ereignisse können beispielsweise Ladeimpulse sein, ein Zustandswechsel der Batterie von „Betrieb“ (Drive) nach „Laden“ (Charge), eine Auswertung eines Signals „Laden aktiv“ oder auch eine Auswertung eines Zustandswechsels an Klemme 15, d. h. des Zündungsplus. Ebenso kann das den Beginn und das Ende des Fahrzyklus auslösende Ereignis durch eine Detektion des so genannten Batteriebalancing definiert sein. Der Fahrzyklus kann beispielsweise definiert werden, dass er einen daran anschließenden Ladevorgang mit umfasst oder diesen nicht mit umfasst.The update of the histogram is done after every driving cycle. A histogram thus comprises the frequency values of the occurrence of specific values of the individual quantized usage data of the last drive cycle and the previous drive cycles. The events initiating a start and an end of the drive cycle can be, for example, charging pulses, a change of state of the battery from "operation"("drive") to "charging" (charge), an evaluation of a signal "charging active" or an evaluation of a state change at terminal 15 , ie the ignition plus. Likewise, the event initiating the beginning and the end of the driving cycle can be defined by a detection of so-called battery balancing. The driving cycle can be defined, for example, as including a subsequent charging process or not including it.

Während des Fahrzyklus wird ein aktuelles Histogramm bevorzugt im flüchtigen Speicher des Steuergeräts erstellt. Nach dem Fahrzyklus werden das aktuelle Histogramm und bestehende Histogramme zu aktualisierten Histogrammen zusammengefügt und in den nicht-flüchtigen Speicher des Steuergeräts gespeichert. Ein solcher nicht-flüchtiger Speicher ist z.B. ein so genannter EEPROM, d.h. ein elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lesespeicher. During the drive cycle, a current histogram is preferably created in the volatile memory of the controller. After the drive cycle, the current histogram and existing histograms are merged into updated histograms and stored in the non-volatile memory of the controller. Such a non-volatile memory is e.g. a so-called EEPROM, i. an electrically erasable programmable read-only memory.

Eine Erfassungsrate der Nutzungsdaten der Batterieeinheit weist nach einer bevorzugten Ausführungsform einen definierten Wert zwischen 6/s und 6/h auf, bevorzugt zwischen 1/s und 1/min, besonders bevorzugt 6/min oder 1/min. Nach den definierten Zeitintervallen werden beispielsweise die aktuelle Temperatur und die aktuelle Spannung der Zellen in dem Histogramm vermerkt. Für Messwerte wie Temperatur und SOC können weitere bevorzugte Abtastraten zwischen 1/min und 6/h, insbesondere bei ca. 1/min liegen. Für Spannungen wird bevorzugt ein gefilterter Wert gespeichert, beispielsweise ein Mittelwert über einen definierten Zeitraum, wobei bevorzugte Zeiträume ebenfalls bei ca. 1 min liegen. Die Erfassungsrate der jeweiligen Nutzungsdaten der Batterieeinheit liegt bevorzugt in einem Bereich, welcher eine On-Board-Diagnose (OBD) unterstützt. A detection rate of the usage data of the battery unit according to a preferred embodiment has a defined value between 6 / s and 6 / h, preferably between 1 / s and 1 / min, more preferably 6 / min or 1 / min. After the defined time intervals, for example, the current temperature and the current voltage of the cells are noted in the histogram. For measured values such as temperature and SOC, further preferred sampling rates can be between 1 / min and 6 / h, in particular about 1 / min. For voltages, a filtered value is preferably stored, for example an average over a defined period of time, with preferred periods also being approximately 1 min. The detection rate of the respective usage data of the battery unit is preferably in a range that supports on-board diagnosis (OBD).

Die Nutzungsdaten der Batterie umfassen beispielsweise die Temperatur, den Ladezustand, den abgegebenen Strom oder die bereitgestellte Spannung. Ebenso können Nutzungsdaten hieraus abgeleitete Größen umfassen, beispielsweise zeitlich aufsummierte oder integrierte Größen, miteinander multiplizierte oder anderweitig aggregierte Größen, wie beispielsweise auch der so genannte Gesundheitszustand (SOH) der Batterie in geeigneten quantifizierbaren Einheiten. Außerdem können Differenzwerte zwischen minimalen und maximalen Zuständen, beispielsweise von Ladungszuständen, relative Batterieleistungen oder Anzahl von Durchführungen von Lade- und Entladezyklen in den Nutzungsdaten umfasst sein.The usage data of the battery includes, for example, the temperature, the state of charge, the current delivered or the voltage provided. Similarly, usage data may include quantities derived therefrom, for example summed or integrated quantities, multiplied or otherwise aggregated quantities, such as, for example, the so-called health status (SOH) of the battery in appropriate quantifiable units. In addition, difference values may be included between minimum and maximum states, for example, charge states, relative battery power, or number of load and discharge cycles performed in the usage data.

Das vorgestellte Verfahren kann insbesondere an Lithium-Ionenbatterien und an Nickel-Metallhydridbatterien Anwendung finden. Vorzugsweise findet es Anwendung an mehreren und insbesondere an allen Zellen einer oder mehrerer Batterien, die im Wesentlichen gleichzeitig betrieben werden.The presented method can be used in particular on lithium-ion batteries and on nickel-metal hydride batteries. It is preferably used on several and in particular on all cells of one or more batteries which are operated essentially simultaneously.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahren sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich. Advantageous developments and improvements of the methods specified in the independent claims are possible by the measures listed in the dependent claims.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:

  • f) Überprüfen, ob sich die reduzierten Werte und/oder die Offset-Werte bei der Aktualisierung in Schritt c) geändert haben.
Schritt f) wird dabei bevorzugt vor Schritt e) ausgeführt.According to a preferred embodiment, the method comprises the further step:
  • f) Check whether the reduced values and / or the offset values have changed during the update in step c).
Step f) is preferably carried out before step e).

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die reduzierten Werte dann zu speichern, wenn sich zumindest ein reduzierter Wert geändert hat. Falls eine Einzeladressierung der Histogrammeinträge vorgesehen und möglich ist, d.h. falls die Speicheradressen für die einzelnen quantisierten Nutzungsdaten bzw. für die zugeordneten Histogramme bekannt sind, werden bevorzugt lediglich diejenigen reduzierten Werte gespeichert, deren Wert sich bei der Aktualisierung im Schritt f) geändert hat. According to a particularly preferred embodiment, it is provided to store the reduced values when at least one reduced value has changed. If individual addressing of the histogram entries is provided and possible, ie if the memory addresses for the individual quantized usage data or for the associated histograms are known, only those reduced values whose value has changed during the update in step f) are preferably stored.

Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, die Offset-Werte dann zu speichern, wenn sich zumindet ein Offset-Wert geändert hat. Falls eine Einzeladressierung der quantisierten Nutzungsdaten vorgesehen ist, werden bevorzugt lediglich diejenigen Offset-Werte gespeichert, deren Wert sich bei der Aktualisierung im Schritt c) geändert hat.In addition, it is preferably provided to store the offset values when at least one offset value has changed. If individual addressing of the quantized usage data is provided, only those offset values whose value has changed during the update in step c) are preferably stored.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Wertebereich der reduzierten Werte für verschiedene Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten anhand einer voraussichtlichen Nutzung der Batterieeinheiten festgelegt wird. Besonders bevorzugt ist, einen Wertebereich für die Summe der Wertebereiche der reduzierten Werte und der Offset-Werte fest vorzugeben und einen Anteil des Wertebereichs der Offset-Werte gegenüber einem Anteil des Wertebereichs der reduzierten Werte individuell für die einzelnen quantisierten Nutzungsdaten festzulegen.According to a further preferred embodiment, it is provided that a value range of the reduced values for different values of the individual quantized usage data is determined on the basis of an anticipated use of the battery units. It is particularly preferred to specify a range of values for the sum of the value ranges of the reduced values and the offset values and to specify a proportion of the value range of the offset values relative to a proportion of the value range of the reduced values individually for the individual quantized usage data.

Weiterhin wird der Wertebereich der reduzierten Werte bevorzugt so festgelegt, dass sich bei einer durchschnittlichen Nutzung der Batterie die Offset-Werte im Wesentlichen gleich verteilt über die Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten ändern.Furthermore, the range of values of the reduced values is preferably determined such that, given an average use of the battery, the offset values change substantially equally distributed over the values of the individual quantized usage data.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Datenstruktur vorgeschlagen mit zumindest einem Histogramm, das Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte von quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, wobei die Häufigkeitswerte einen reduzierten Wert und einen Offset-Wert aufweisen. Die Datenstruktur wird bei der Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren erstellt und von einer Computereinrichtung zum Aktualisieren eines bestehenden Histogramms ausgelesen oder zum Bereitstellen der in der Datenstruktur gespeicherten Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken der Batterie.According to the invention, a data structure is furthermore proposed with at least one histogram which has frequency values of the occurrence of specific values of quantized usage data or values derived therefrom, the frequency values having a reduced value and an offset value. The data structure is created in the implementation of one of the methods described above and read by a computer device for updating an existing histogram or for providing the information stored in the data structure for maintenance and service purposes of the battery.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung einer Einrichtung zur Bereitstellung oder zur Auslesung von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit und/oder ein um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, DVD, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.According to the invention, a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device. The computer program can be, for example, a module for implementing a device for providing or reading out information for maintenance and service purposes of a battery unit and / or for a module for implementing a battery management system of a vehicle. The computer program can be stored on a machine-readable storage medium, for example on a permanent or rewritable storage medium or in association with a computer device, for example on a portable storage, such as a CD-ROM, DVD, a USB stick or a memory card. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device, such as on a server or a cloud server, for example via a data network, such as the Internet, or a communication link, such as a telephone line or a wireless link.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitgestellt, mit einer Einheit zur Erfassung und Quantisierung von Nutzungsdaten einer Batterieeinheit, einer Einheit zum Erstellen eines Histogramms, das Häufigkeitswerte des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, einer Einheit zum Laden eines bestehenden Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher, einer Einheit zum Aktualisieren des bestehenden Histogramms mit den Daten des erstellten Histogramms, einer Einheit zum Ermitteln eines reduzierten Werts und eines Offset-Werts für die Häufigkeitswerte des aktualisierten Histogramms und einer Einheit zum Speichern des aktualisierten Histogramms in den nicht-flüchtigen Speicher.According to the invention, a battery management system (BMS) is also provided, comprising a unit for acquiring and quantifying usage data of a battery unit, a unit for generating a histogram, which has frequency values of occurrence of particular values of the individual quantized usage data or units derived therefrom existing histogram from a non-volatile memory, a unit for updating the existing histogram with the data of the created histogram, a unit for determining a reduced value and an offset value for the frequency values of the updated histogram, and a unit for storing the updated histogram the non-volatile memory.

Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionenbatterie oder ein Nickel-Metallhydridbatterie, zur Verfügung gestellt, die ein Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem wie zuvor beschrieben ausgebildet ist und/oder eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. The invention also provides a battery, in particular a lithium-ion battery or a nickel-metal hydride battery, which comprises a battery management system and can be connected to a drive system of a motor vehicle, wherein the battery management system is designed and / or set up as described above Perform procedure.

Die Begriffe „Batterie“ und „Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder ein Batteriepack umfassen können. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können sogenannte Batteriedirektkonverter (BDI, Battery Direct Converter) bilden und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).The term "battery" and "battery unit" are used in the present description for the accumulator or accumulator unit, as it is commonly used.The battery preferably comprises one or more battery units, which may comprise a battery cell, a battery module, a module string or a battery pack Battery cells are preferably summarized spatially and circuitry interconnected, for example, connected in series or parallel to modules. Several modules can form so-called battery direct converters (BDI, Battery Direct Converter) and several battery direct converters a battery direct inverter (BDI, Battery Direct Inverter).

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen zur Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung erfolgt.According to the invention, a motor vehicle is also provided with such a battery, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle. Preferably, the method is used in electrically powered vehicles, in which an interconnection of a plurality of battery cells to provide the necessary drive voltage.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Anzahl der Schreibzugriffe auf den nicht-flüchtigen Speicher reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist, dass pro Fahrzyklus nicht das vollständige Histogramm gespeichert werden muss, sondern nur der reduzierte Histogrammbereich. Die Offset-Werte werden nur bei Bedarf gespeichert, d.h. wenn sie sich geändert haben. Da nach jedem Fahrzyklus im Schnitt nur eine reduzierte Datenmenge gespeichert werden muss, unterliegt der nicht-flüchtige Speicher einer reduzierten Belastung. Durch das geringere Datenaufkommen wird der Speicher im Durchschnitt weniger oft beschrieben und erreicht eine höhere Lebensdauer. Somit kann bei einer hohen Anzahl an Fahrzyklen eine hohe Anzahl an Histogramm-Updates ausgeführt werden, was die Lebensdauer des Steuergeräts potentiell positiv beeinflusst.By means of the measures according to the invention, the number of write accesses to the non-volatile memory can be reduced. It is particularly advantageous that the complete histogram does not have to be stored per driving cycle, but only the reduced histogram range. The offset values are stored only when needed, i. if they have changed. Since only a reduced amount of data has to be stored on average after each drive cycle, the non-volatile memory is subject to a reduced load. Due to the lower data volume, the memory is described less often on average and achieves a longer service life. Thus, with a high number of driving cycles, a large number of histogram updates can be carried out, which has a potentially positive effect on the service life of the control device.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Speichermethode verlustfrei funktioniert, d.h. dass jeder Histogrammeintrag exakt rekonstruiert werden kann.It is particularly advantageous that the storage method works lossless, i. that each histogram entry can be reconstructed exactly.

Vorteilhaft können von diesem Verfahren auch Verfahren zum gleichmäßigen Abnutzen des nicht-flüchtigen Speichers profitieren. So genanntes Wear-Leveling bei Verwendung von EEPROM sorgt dafür, dass der Speicher gleichmäßig verteilt beschrieben wird, um die Abnutzung der Speicherbereiche im Durchschnitt zu minimieren.Advantageously, this process can also benefit processes for the uniform wear of the non-volatile memory. So-called wear-leveling when using EEPROM ensures that the memory is described evenly distributed in order to minimize the wear of the memory areas on average.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Skalierbarkeit des Systems. Die Anzahl der erfassten Messgrößen, d.h. der Dimensionen des Histogramms, kann beliebig erweitert werden. So können auch hochdimensionale Histogramme verwendet werden, welche beispielsweise darüber Informationen bereitstellen, wie lange eine Batterie bei einer bestimmten Kombination von einem definierten Ladungsstand, einer definierten Temperatur und einem definierten Stromfluss verwendet wurde. Das Verfahren kann außerdem parallel auf verschiedenen unabhängigen Histogrammen angewendet werden.Another advantage is the scalability of the system. The number of measured quantities detected, i. the dimensions of the histogram, can be extended arbitrarily. Thus, it is also possible to use high-dimensional histograms which, for example, provide information about how long a battery was used for a specific combination of a defined charge level, a defined temperature and a defined current flow. The method can also be used in parallel on different independent histograms.

Da die Histogrammwerte in der Praxis nicht gleich verteilt über den Wertebereich vorliegen, kann außerdem durch eine variable Wahl von Offsets über den Wertebereich der quantisierten Nutzugsdaten die Anzahl der Schreibzugriffe weiter reduziert werden.In addition, since the histogram values in practice are not equally distributed over the range of values, the number of write accesses can be further reduced by a variable selection of offsets over the range of values of the quantized useful data.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiels der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiment of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 ein Beispiel für eine Aktualisierung eines zweidimensionalen Histogramms, 1 an example of updating a two-dimensional histogram,

2 ein Beispiel für ein eindimensionales Histogramm, 2 an example of a one-dimensional histogram,

3 ein reduziertes Histogramm nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 a reduced histogram according to a first embodiment of the invention,

4 das reduzierte Histogramm aus 3 nach einem Fahrzyklus, 4 the reduced histogram off 3 after a driving cycle,

5 das reduzierte Histogramm aus 4 nach einem weiteren Fahrzyklus, 5 the reduced histogram off 4 after another driving cycle,

6 ein Beispiel für einen variablen Offset-Wertebereich und 6 an example of a variable offset value range and

7 ein reduziertes Histogramm nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 7 a reduced histogram according to another embodiment of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Für das erfindungsgemäße Verfahren und System werden bevorzugt folgende Parameter definiert:
Vollständiger Wertebereich für Histogrammeinträge: Die Histogrammeinträge sind durch eine absolute Grenze beschränkt, beispielsweise durch 16 Bit (0-65535).For the method and system according to the invention, the following parameters are preferably defined:
Full value range for histogram entries: The histogram entries are limited by an absolute limit, for example by 16 bits (0-65535).

Reduzierter Wertebereich: Der reduzierte Wertebereich ist kleiner als der vollständige Wertebereich für Histogrammeinträge und addiert sich mit dem zugehörigen Offset-Wertebereich zu dem vollständigen Wertebereich der Histogrammeinträge. Beispielsweise ist der reduzierte Wertebereich 8 Bit groß (0-255).Reduced value range: The reduced value range is smaller than the full value range for histogram entries and adds up to the complete value range of the histogram entries with the associated offset value range. For example, the reduced value range is 8 bits (0-255).

Offset-Wertebereich: Der Offset-Wertebereich bildet die Differenz vom vollständigen Wertebereich zum reduzierten Wertebereich. Um im Beispiel den vollständigen Wertebereich von 16 Bit abzudecken, müssen die zu verwaltenden Offsets einen Wertebereich von 8 Bit haben, denn der reduzierte Wertebereich ist 8 Bit groß, und die Summe von 8 Bit Offset-Wertebereich plus 8 Bit reduzierter Wertebereich ergibt 16 Bit.Offset value range: The offset value range is the difference between the full value range and the reduced value range. In order to cover the full value range of 16 bits in the example, the offsets to be managed must have a value range of 8 bits, because the reduced value range is 8 bits, and the sum of 8 bits offset value range plus 8 bits reduced value range results in 16 bits.

Offset-Tabelle: In einer Offset-Tabelle werden die Offset-Werte für die einzelnen Histogrammeinträge gespeichert. Anhand der Offset-Tabelle lässt sich jedem der quantisierten Nutzungsdaten ein Offset-Wert zuordnen, welcher zur Berechnung des Häufigkeitswerts verwendet wird.Offset table: An offset table stores the offset values for each histogram entry. Using the offset table, each of the quantized usage data can be assigned an offset value, which is used to calculate the frequency value.

Offset-Größentabelle: In einer Tabelle können verschiedene Offset-Größen für die einzelnen Intervalle der quantisierten Nutzungsdaten hinterlegt sein. Die Offset-Größentabelle wird bevorzugt am Anfang, d.h. beispielsweise während einer Initialisierungsphase, definiert und während der Lebensdauer des Steuergeräts nicht mehr verändert. Beispielsweise kann ein Histogramm drei Einträge aufweisen: H1, H2, H3. Falls beispielsweise H2 häufig geändert wird und H1 und H3 selten, kann eine Offset-Tabelle beispielsweise 8 Bit für H1 bereitstellen, 6 Bit für H2 und 8 Bit für H3. Die reduzierten Wertebereiche sind dann jeweils 8 Bit für H1, 10 Bit für H2 und 8 Bit für H3. Insgesamt ist der Wertebereich für alle Histogrammeinträge 16 Bit groß (H1: 8 Bit + 8 Bit, H2: 6 Bit + 10 Bit, H3: 8 Bit + 8 Bit).Offset Size Table: Different offset sizes for each interval of quantized usage data can be stored in a table. The offset sizing is preferred at the beginning, i. for example, during an initialization phase, defined and not changed during the life of the controller. For example, a histogram may have three entries: H1, H2, H3. For example, if H2 is changed frequently and H1 and H3 are rare, for example, an offset table can provide 8 bits for H1, 6 bits for H2, and 8 bits for H3. The reduced value ranges are then 8 bits for H1, 10 bits for H2 and 8 bits for H3. Overall, the range of values for all histogram entries is 16 bits (H1: 8 bits + 8 bits, H2: 6 bits + 10 bits, H3: 8 bits + 8 bits).

Überlauf: Anhand des reduzierten Wertebereichs bestimmt sich, wann ein Überlauf des Histogramms stattfindet. Wird bei einem der Einträge der reduzierte Wertebereich überschritten, so wird der Histogrammeintrag auf Null gesetzt und der korrespondierende Offset-Eintrag, beispielsweise in der Offset-Tabelle, um 1 erhöht.Overflow: The reduced value range determines when an overflow of the histogram takes place. If the reduced value range is exceeded in one of the entries, the histogram entry is set to zero and the corresponding offset entry, for example in the offset table, is increased by 1.

1 zeigt ein zweidimensionales Histogramm 2 vor und nach einem Aktualisierungsschritt, der hier beispielhaft als ein Pfeil 10 dargestellt ist. Bei der Erstellung des Histogramms 2 werden mit einer definierten Erfassungsrate die Temperatur und die Spannung ermittelt und der entsprechende Histogrammeintrag oder Häufigkeitswert 6 um 1 erhöht. Im Beispiel wird ein Update-Schritt 10 mit einer Erhöhung der Häufigkeit der Messung 9 „20°/3,5 Volt“ dargestellt. Aus dem Histogramm 2 ist beispielsweise ersichtlich, dass die Batterie bei 20 °C und 3,5 V Spannung nach dem Update-Schritt 10 bei 8 Messungen betrieben wurde, oder auch, dass die Batterie kein Mal bei 0 °C betrieben wurde. Das Histogramm 2 wird im Rahmen der Erfindung auch als ein Nutzungshistogramm bezeichnet. 1 shows a two-dimensional histogram 2 before and after an update step, exemplified here as an arrow 10 is shown. When creating the histogram 2 The temperature and the voltage are determined with a defined acquisition rate and the corresponding histogram entry or frequency value 6 increased by 1. The example will be an update step 10 with an increase in the frequency of measurement 9 "20 ° / 3.5 volts" shown. From the histogram 2 For example, it can be seen that the battery at 20 ° C and 3.5V voltage after the update step 10 was operated at 8 measurements, or even that the battery was never operated at 0 ° C. The histogram 2 is also referred to as a usage histogram within the scope of the invention.

Im dargestellten Beispiel wird ein Gesamtintervall 4 von Temperaturen von –10 °C bis +50 °C in 5 Einzelintervallen 4-1, 4-2, ... 4-5 eingeteilt, wobei die einzelnen Intervalle 4-1, 4-2, ... 4-5 hier beispielhaft eine Intervallbreite von 10 °C aufweisen. Die angegebenen Temperaturwerte 8 können sich beispielsweise auf die Mittelwerte der durch die Intervallgrenzen gegebenen Werte beziehen, oder auch auf den Wert der linken oder der rechten Grenze.In the example shown becomes a total interval 4 from temperatures of -10 ° C to +50 ° C in 5 single intervals 4-1 . 4-2 , ... 4-5 divided, with the individual intervals 4-1 . 4-2 , ... 4-5 here exemplarily have an interval width of 10 ° C. The specified temperature values 8th For example, they may refer to the mean values of the values given by the interval limits, or to the value of the left or right limit.

Im dargestellten Beispiel wird außerdem ein Gesamtintervall 5, welches hier beispielhaft Spannungswerte 7 von 3,3 V bis 3,6 V umfasst, in 4 Einzelintervallen 5-1, 5-2, ... 5-4 eingeteilt, wobei die einzelnen Intervalle 5-1, 5-2, ... 5-4 hier beispielhaft eine Intervallbreite von 0,1 V aufweisen. Die angegebenen Spannungswerte 7 können sich ebenfalls auf die Mittelwerte der durch die Intervallgrenzen gegebenen Werte beziehen, oder auch auf den Wert der linken oder der rechten Grenze. In the example shown, there is also an overall interval 5 , which here exemplifies voltage values 7 from 3.3V to 3.6V, in 4 single intervals 5-1 . 5-2 , ... 5-4 divided, with the individual intervals 5-1 . 5-2 , ... 5-4 Here, for example, have an interval width of 0.1V. The specified voltage values 7 may also refer to the mean values of the values given by the interval limits, or to the value of the left or the right limit.

2 zeigt ein Beispiel für ein eindimensionales Histogramm 12, welches Temperaturwerte 8 von –20 °C bis 70° in 10 Intervallen von je 10° umfasst. Das Histogramm 12 umfasst dementsprechend 10 Häufigkeitswerte 6-1, 6-2 ... 6-10. Die Häufigkeitswerte 6 liegen beispielsweise innerhalb eines vollständigen Wertebereichs von 16 Bit, d.h. von 0-65535. 2 zeigt ein typisches Histogramm, welches sich nach mehreren Betriebszyklen der Batterie ergibt, wenn diese unter im Wesentlichen ähnlichen Bedingungen betrieben wird, d.h. in diesem Fall bei ähnlichen Temperaturen. Die Batterie ist in einzelnen Bereichen, hier beispielsweise zwischen 10° und 40 °C, insbesondere zwischen 20° und 30 °C und ganz besonders bei 20 °C genutzt worden, sodass in diesen Bereichen hohe Häufigkeitswerte 6-4, 6-5, 6-6, 6-7 vorhanden sind. Randbereiche, beispielsweise zwischen –20° und 0° oder oberhalb von 50 °C weisen nur sehr geringe Häufigkeitswerte 6 auf. Die Häufigkeitswerte 6 sind über die Temperaturwerte 8 nicht gleich verteilt. 2 shows an example of a one-dimensional histogram 12 , which temperature values 8th from -20 ° C to 70 ° at 10 intervals of 10 ° each. The histogram 12 includes accordingly 10 frequency values 6-1 . 6-2 ... 6-10 , The frequency values 6 For example, they are within a full range of 16 bits, ie 0-65535. 2 shows a typical histogram which results after several cycles of operation of the battery when operated under substantially similar conditions, ie in this case at similar temperatures. The battery is in individual areas, here for example between 10 ° and 40 ° C, especially between 20 ° and 30 ° C and especially at 20 ° C has been used, so in these areas high frequency values 6-4 . 6-5 . 6-6 . 6-7 available. Edge areas, for example, between -20 ° and 0 ° or above 50 ° C have very low frequency values 6 on. The frequency values 6 are about the temperature values 8th not distributed equally.

3 zeigt ein reduziertes Histogramm 13 mit reduzierten Häufigkeitswerten 16, wobei der reduzierte Wertebereich hier beispielsweise für alle Temperaturwerte auf 8 Bit gesetzt ist. Zu dem in 3 dargestellten reduzierten Histogramm 13 gehört die folgende Offset-Tabelle: Histogrammwert OffsetFaktor –20° 0 –10° 0 0° 0 10° 2 20° 5 30° 4 40° 2 50° 0 60° 0 70° 0 Tabelle 1 3 shows a reduced histogram 13 with reduced frequency values 16 , where the reduced value range is set here, for example, to 8 bits for all temperature values. To the in 3 shown reduced histogram 13 The following offset table belongs: histogram value offset factor -20 ° 0 -10 ° 0 0 ° 0 10 ° 2 20 ° 5 30 ° 4 40 ° 2 50 ° 0 60 ° 0 70 ° 0 Table 1

Anhand der Offset-Tabelle in Tabelle 1 und des reduzierten Histogramms 13 lässt sich der entsprechende in 2 dargestellte vollständige Häufigkeitswert 6 rekonstruieren. Der reduzierte Wertebereich umfasst in diesem Fall 8 Bit, d.h. 256 mögliche Werte. Diejenigen absoluten Häufigkeitswerte 6 aus 2, welchen den Wert 255 übersteigen, werden reduziert und es werden die entsprechenden Offset-Einträge in der Offset-Tabelle um den Faktor des Übersteigens erhöht. Das Verfahren hierzu entspricht einer so genannten Modulo-Rechnung. Der Histogrammwert 6-5 des Temperaturwerts 20 °C, nämlich „1300“, lässt sich durch den reduzierten Wert 16-5 „20“ und dem Offset-Faktor „5“ rekonstruieren: 20 + 5·256 = 1300. Based on the offset table in Table 1 and the reduced histogram 13 can be the corresponding in 2 represented complete frequency value 6 reconstruct. The reduced value range includes in this case 8th Bit, ie 256 possible values. Those absolute frequencies 6 out 2 , which exceed the value 255, are reduced and the corresponding offset entries in the offset table are increased by the factor of the overshoot. The procedure for this corresponds to a so-called modulo calculation. The histogram value 6-5 the temperature value 20 ° C, namely "1300", can be reduced by the reduced value 16-5 Reconstruct "20" and the offset factor "5": 20 + 5 · 256 = 1300.

4 zeigt das reduzierte Histogramm 13 aus 3 nach einem beispielhaften weiteren Fahrzyklus. Der absolute Wert 6-5 für den Temperaturwert von 20° wurde geändert von „1300“ auf „1380“. Daraus ergibt sich, dass sich der reduzierte Wert 16-5 von „20“ auf „100“ ändert. Außerdem wurde der Häufigkeitswert 6-6 bei 30° von „1200“ auf „1250“ geändert. Für den reduzierten Wert 16-6 ergibt sich dadurch eine Änderung von „176“ auf „226“. Die mit Bezug zu 3 beschriebene Offset-Tabelle bleibt dabei unverändert. Nach dem Fahrzyklus muss also nur das reduzierte Histogramm neu gespeichert werden. Die Offset-Tabelle muss in diesem Fall nicht aktualisiert werden. Im dargestellten Beispiel wird nur die Hälfte des Speicherplatzes neu beschrieben, nämlich nur die 8 Bit, die für den reduzierten Wertebereich bereitgestellt sind. 4 shows the reduced histogram 13 out 3 after an exemplary further drive cycle. The absolute value 6-5 for the temperature value of 20 ° has been changed from "1300" to "1380". It follows that the reduced value 16-5 changes from "20" to "100". In addition, the frequency value became 6-6 changed from "1200" to "1250" at 30 °. For the reduced value 16-6 This results in a change from "176" to "226". The related to 3 described offset table remains unchanged. After the drive cycle, only the reduced histogram has to be saved again. The offset table does not need to be updated in this case. In the example shown, only half of the memory space is rewritten, namely only the 8 bits that are provided for the reduced value range.

5 zeigt das Beispiel aus 4 nach einem weiteren Fahrzyklus. Wiederum sind nur die Häufigkeitswerte 6-5, 6-6 für die Temperaturbereiche 20° und 30° betroffen und werden geändert von „1380“ auf „1450“ bzw. von „1250 auf „1300“. Im reduzierten Wertebereich 16-6 von 30° findet ein Überlauf statt, d.h. der Offset für 30° muss erhöht werden (1280 ist durch 256 teilbar, Rest 30). Nach diesem Fahrzyklus müssen sowohl das reduzierte Histogramm 13 als auch die Offset-Tabelle gespeichert werden. Die neue Offset-Tabelle ist wie folgt: Histogrammwert OffsetFaktor –20° 0 –10° 0 0° 0 10° 2 20° 5 30° 5 40° 2 50° 0 60° 0 70° 0 Tabelle 2 5 shows the example 4 after another driving cycle. Again, only the frequency values 6-5 . 6-6 for the temperature ranges 20 ° and 30 ° and are changed from "1380" to "1450" or from "1250 to" 1300 ". In the reduced value range 16-6 there is an overflow of 30 °, ie the offset for 30 ° must be increased (1280 is divisible by 256, remainder 30). After this driving cycle both the reduced histogram must be 13 as well as the offset table are saved. The new offset table is as follows: histogram value offset factor -20 ° 0 - 10 ° 0 0 ° 0 10 ° 2 20 ° 5 30 ° 5 40 ° 2 50 ° 0 60 ° 0 70 ° 0 Table 2

Anhand des reduzierten Histogramms 13 in 5 und der zugehörigen Offset-Tabelle wird beschrieben, wie sich die Histogrammwerte (aus 2 mit zwei Fahrzyklen) rekonstruieren lassen: Histogrammwert (reduziert Offset Histogrammwert 0 0 0·256 + 0 = 0 0 0 0·256 + 0 = 0 120 0 0·256 + 120 = 120 138 2 2·256 + 138 = 650 170 5 5·256 + 170 = 1450 20 5 5·256 + 20 = 1300 88 2 2·256 + 88 = 600 20 0 0·256 + 20 = 20 5 0 0·256 + 5 = 5 0 0 0·256 + 0 = 0 Tabelle 3 Based on the reduced histogram 13 in 5 and the associated offset table describes how the histogram values (off 2 reconstruct with two driving cycles): Histogram value (reduced offset histogram value 0 0 0x256 + 0 = 0 0 0 0x256 + 0 = 0 120 0 0x256 + 120 = 120 138 2 2 · 256 + 138 = 650 170 5 5 · 256 + 170 = 1,450 20 5 5 · 256 + 20 = 1300 88 2 2 · 256 + 88 = 600 20 0 0 · 256 + 20 = 20 5 0 0 · 256 + 5 = 5 0 0 0x256 + 0 = 0 Table 3

Wie mit Bezug zu 2 bis 5 beschrieben, muss nach einigen Fahrzyklen nur das reduzierte Histogramm 13 gespeichert werden, da die Offset-Tabelle nicht geändert wurde. Dies führt zu einer reduzierten Abnutzung des nicht-flüchtigen Speichers, da in diesem Fall nur die Hälfte der Daten gespeichert werden muss. Nach anderen Fahrzyklen müssen sowohl das reduzierte Histogramm 13 als auch die Offset-Tabelle gespeichert werden, was zu keiner Verbesserung in Bezug auf die Abnützung des nicht-flüchtigen Speichers führt. Der erste Fall tritt während der Lebensdauer des Steuergeräts jedoch mit wesentlich höherer Wahrscheinlichkeit auf als der zweite Fall. Im Durchschnitt wird also die Menge der zu schreibenden Daten reduziert, was die Lebensdauer des nicht-flüchtigen Speichers erhöht.As related to 2 to 5 described, after a few driving cycles, only the reduced histogram 13 because the offset table has not been changed. This leads to a reduced wear of the non-volatile memory, since in this case only half of the data must be stored. After other driving cycles both the reduced histogram need to be 13 and the offset table are stored, resulting in no improvement in terms of non-volatile memory wear. However, the first case is much more likely to occur during the lifetime of the controller than the second case. On average, so the amount of data to be written is reduced, which increases the life of the non-volatile memory.

6 zeigt, wie für verschiedene Bereiche des Histogramms verschiedene Offsets verwendet werden können, um die durchschnittliche Belastung des nicht-flüchtigen Speichers weiter zu reduzieren. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Batterie typischerweise unter ähnlichen Bedingungen betrieben wird bzw. vorhersehbar ist, welche Werte sich durchschnittlich wie häufig erhöhen. Wie mit Bezug zu 2 beschrieben, sind die mittleren Temperaturbereiche 20°, 30°, 10° und 40° viel stärker betroffen als die Randbereiche –20°, 10°, 60°, 70°. Entsprechend wird, wie in 6 dargestellt, ein reduzierter Wertebereich 22 festgelegt, welcher den erwarteten Verlauf widerspiegelt. Der reduzierte Wertebereich 22 ist für jeden Temperaturwert 8 verschieden. Im nicht häufig genutzten Randbereich von –20°, –10°, 60° und 70° sind beispielsweise reduzierte Wertebereiche 20-1, 20-2, 20-9, 20-10 von 2 Bit, d.h. 0 bis 3, vorgesehen, während im häufig genutzten Bereich reduzierte Wertebereiche 20-5, 20-6 mit 10 Bit, d.h. von 0 bis 1023, vorgesehen sind. 6 shows how different offsets can be used for different areas of the histogram to further reduce the average non-volatile memory load. It is exploited here that the battery is typically operated under similar conditions or can be foreseen which values increase on average as well as frequently. As related to 2 described, the average temperature ranges 20 °, 30 °, 10 ° and 40 ° are much more affected than the edge regions -20 °, 10 °, 60 °, 70 °. Accordingly, as in 6 shown, a reduced range of values 22 which reflects the expected course. The reduced value range 22 is for every temperature value 8th different. In the non-commonly used border area of -20 °, -10 °, 60 ° and 70 ° are, for example, reduced value ranges 20-1 . 20-2 . 20-9 . 20-10 2 bits, ie 0 to 3, while in the frequently used area reduced value ranges 20-5 . 20-6 with 10 bits, ie from 0 to 1023 are provided.

Es fällt auf, dass bei den Temperaturen 20°–30° ein Überlauf erst bei 1024 erfolgt. Hier wird angenommen, dass diese Temperaturwerte häufig im Histogramm gespeichert werden. Durch die hohe Zahl wird also die Anzahl der Änderungen an Einträgen in der Offset-Tabelle reduziert. In den Randbereichen findet ein Überlauf zwar bei relativ niedrigen Histogrammeinträgen statt, aber durch die seltenen Änderungen müssen hier die Einträge in der Offset-Tabelle entsprechend selten aktualisiert werden. It is noticeable that at the temperatures of 20 ° -30 ° an overflow takes place only at 1024. Here it is assumed that these temperature values are frequently stored in the histogram. The high number thus reduces the number of changes to entries in the offset table. In the border areas finds one Overflow occurs at relatively low histogram entries, but due to the rare changes, the entries in the offset table need to be updated rarely.

Bei der Wahl des Offset-Wertebereichs wird Folgendes beachtet:

  • – Werden Histogrammwerte häufig geändert, so sollte der Offset-Wertebereich gering gewählt werden. Bei geringem Offset-Wertebereich ist der reduzierte Wertebereich größer. Somit läuft der reduzierte Histogrammwert seltener über. Dadurch wird der Offset-Wert weniger oft aktualisiert.
  • – Werden Histogrammwerte selten geändert, so sollte der Offset-Wertebereich groß gewählt werden. Bei hohem Offset-Wertebereich ist der reduzierte Wertebereich gering. Der reduzierte Histogrammwert läuft zwar schneller über, aber durch die seltenen Änderungen am Histogrammwert finden ein Überlauf und eine damit verbundene Änderung der Offset-Größe weniger oft statt.
When choosing the offset value range, the following is observed:
  • - If histogram values are changed frequently, the offset value range should be set low. At low offset value range, the reduced value range is larger. Thus, the reduced histogram value runs over less frequently. This updates the offset value less often.
  • - If histogram values are rarely changed, the offset value range should be large. With a high offset value range, the reduced value range is low. Although the reduced histogram value passes faster, the rare changes to the histogram value cause overflow and associated offset size change less often.

Bei sich selten ändernden Histogrammwerten findet ein Überlauf des reduzierten Histogrammwerts selten statt. Somit muss bei Änderung des Histogrammwerts selten ein neuer Offset-Wert gespeichert werden. Bei sich häufig ändernden Histogrammwerten findet aufgrund des geringen Offset-Wertebereichs ein Überlauf selten statt. Somit wird zwar der reduzierte Histogrammwert häufig gespeichert, die Offset-Werte aber weniger häufiger. Der Offset-Wert muss also entsprechend selten neu abgespeichert werden.With rarely changing histogram values, overflow of the reduced histogram value rarely occurs. Thus, when changing the histogram value, a new offset value rarely needs to be stored. With frequently changing histogram values, an overflow rarely occurs due to the small offset value range. Thus, while the reduced histogram value is often stored, the offset values are less frequently stored. The offset value must therefore be re-stored accordingly rare.

Veranschaulichung:Illustration:

  • – Selten geänderter Histogrammwert, Offset-Größe 13 Bit (alle Offset-Werte sind somit 13 Bit groß), reduzierte Histogrammwerte 3 Bit (alle Histogrammwerte sind 4 Bit groß, Überlauf bei 2^3 = 8):- Rarely changed histogram value, offset size 13 bits (all offset values are therefore 13 bits in size), reduced histogram values 3 bits (all histogram values are 4 bits, overflow at 2 ^ 3 = 8):

Tabelle 4 Fahrzyklus: 1 2 3 4 5 6 Histogrammwert: 2 3 5 9 12 15 Offset-Wert: 0 0 0 1 1 1 red. Wert: 2 3 5 1 4 7

  • – Pro Fahrzyklus wird der reduzierte Histogrammwert (3 Bit) geschrieben. Nach Fahrzyklus 4 findet ein Überlauf statt und nur hier muss zusätzlich der aktualisierte Offset-Wert (13 Bit) gespeichert werden.
  • – Schreibzugriffe:
  • • 3 Bit-Werte: 6 mal (nach jedem Fahrzyklus)
  • • 13 Bit-Werte: nur 1 mal zusätzlich (nach Fahrzyklus 4)
  • • Summe: 31 Bit werden geschrieben (bei konservativem Ansatz: 6·16 = 96 Bit)
  • – Häufig geänderter Histogrammwert, Offset-Wertebereich 6 Bit, reduzierter Wertebereich 10 Bit:
Table 4 Driving cycle: 1 2 3 4 5 6 Histogram value: 2 3 5 9 12 15 Offset value: 0 0 0 1 1 1 red. Value: 2 3 5 1 4 7
  • - The reduced histogram value (3 bits) is written per travel cycle. After cycle 4 there is an overflow and only here the updated offset value (13 bits) must be stored.
  • - Write accesses:
  • • 3 bit values: 6 times (after each drive cycle)
  • • 13-bit values: only 1 additional time (after drive cycle 4)
  • • Total: 31 bits are written (conservative approach: 6 · 16 = 96 bits)
  • - Frequently changed histogram value, offset value range 6 bits, reduced value range 10 bits:

Fahrzyklus: 1 2 3 4 5 6 Histogrammwert: 500 1000 1500 2000 2500 3000 Offset-Wert: 0 0 1 1 2 2 red. Wert: 500 1000 476 976 452 952 Tabelle 5

  • – Pro Fahrzyklus wird der reduzierte Histogrammwert (10 Bit) geschrieben. Nach Fahrzyklus 3 und 5 findet ein Überlauf statt und hier muss zusätzlich der aktualisierte Offset-Wert (6 Bit) gespeichert werden.
  • – Schreibzugriffe:
  • • 10 Bit-Werte: 6 mal (nach jedem Fahrzyklus)
  • • 6 Bit-Werte: 2 mal zusätzlich (nach Fahrzyklus 3 und 5)
  • • Summe: 72 Bit werden geschrieben (bei konservativem Ansatz: 6·16 = 96 Bit)
Driving cycle: 1 2 3 4 5 6 Histogram value: 500 1000 1500 2000 2500 3000 Offset value: 0 0 1 1 2 2 red. Value: 500 1000 476 976 452 952 Table 5
  • - The reduced histogram value (10 bits) is written per travel cycle. After cycle 3 and 5 an overflow takes place and here additionally the updated offset value (6 bit) must be stored.
  • - Write accesses:
  • • 10 bit values: 6 times (after each drive cycle)
  • • 6 bit values: 2 additional times (after drive cycle 3 and 5)
  • • Sum: 72 bits are written (conservative approach: 6 · 16 = 96 bits)

Um die Histogramme nach dem beschriebenen Verfahren abzuspeichern, wird einmal ein reduziertes Histogramm benötigt (über den reduzierten Wertebereich) und eine Tabelle mit Offsetwerten. Beides wird im nicht-flüchtigen Speicher des Steuergeräts abgelegt. To save the histograms according to the method described, a reduced histogram is needed once (over the reduced value range) and a table with offset values. Both are stored in the non-volatile memory of the controller.

7 zeigt das in 2 dargestellte Histogramm als reduziertes Histogramm 13 mit zugehöriger Offset-Tabelle, die eine Offset-Größentabelle mit umfasst:

Figure DE102013209449A1_0002
Tabelle 6 7 shows that in 2 displayed histogram as a reduced histogram 13 with associated offset table that includes an offset sizing chart with:
Figure DE102013209449A1_0002
Table 6

Der reduzierte Wert 26-3 in Höhe von 56 ist einem Offset-Wert von 1 bei einer Offset-Wertebereich von 10 Bit und einem reduzierten Wertebereich von 6 Bit zugeordnet, sodass sich der Histogramm als 64·1 + 56 = 120 ergibt. Der reduzierte Histogramm 26-5 des Temperaturwerts bei 20° in Höhe von 276 ist einem Offset-Wert von 1 bei einem Offset-Wertebereich von 6 Bit und einem reduzierten Wertebereich von 10 Bit zugeordnet, sodass sich der absolute Histogrammwert 1300 aus 1·1024 + 276 ergibt. Die Rekonstruktion der Werte ergibt sich für sämtliche Einträge aus der folgenden Tabelle:

Figure DE102013209449A1_0003
Tabelle 7 The reduced value 26-3 of 56 is associated with an offset value of 1 at an offset value range of 10 bits and a reduced value range of 6 bits, so that the histogram is 64 x 1 + 56 = 120. The reduced histogram 26-5 of the temperature value at 20 ° in the amount of 276 is assigned to an offset value of 1 at an offset value range of 6 bits and a reduced value range of 10 bits, so that the absolute histogram value 1300 is 1 × 1024 + 276. The reconstruction of the values results for all entries from the following table:
Figure DE102013209449A1_0003
Table 7

Vorgehensweise während eines Fahrzyklus: Procedure during a driving cycle:

  • – Zu Beginn werden das reduzierte Histogramm und die Offset-Tabelle aus dem nicht-flüchtigen Speicher gelesen. Die Offset-Größentabelle liegt als definierte Konstante im RAM des Steuergeräts.- At the beginning, the reduced histogram and the offset table are read from the non-volatile memory. The offset sizing chart is a defined constant in the RAM of the controller.
  • – Während des Fahrzyklus wird das reduzierte Histogramm 13 aktualisiert.- During the drive cycle, the reduced histogram becomes 13 updated.
  • – Wird hierbei bei einem der Einträge der reduzierte Wertebereich überschritten (in Abhängigkeit von dem jeweiligen Eintrag in der Offset-Größentabelle), so wird der Histogrammeintrag auf 0 gesetzt und der korrespondierende Offset-Wert um 1 erhöht (Überlauf des Histogrammeintrags).- If, for one of the entries, the reduced value range is exceeded (depending on the respective entry in the offset sizing table), the histogram entry is set to 0 and the corresponding offset value is increased by 1 (overflow of the histogram entry).
  • – Am Ende des Fahrzyklus wird das reduzierte Histogramm 13 im nicht-flüchtigen Speicher abgelegt.- At the end of the drive cycle, the reduced histogram 13 stored in non-volatile memory.
  • – Falls während des Fahrzyklus die Offset-Tabelle aktualisiert wurde, so wird die Offset-Tabelle ebenfalls gespeichert. Da die Offset-Tabelle nicht in jedem Fahrzyklus gespeichert werden muss, wird die Abnutzung des nicht-flüchtigen Speichers reduziert. Durch das gewählte Verfahren wird die Häufigkeit des Speicherns der Offset-Tabelle zusätzlich stark reduziert.- If the offset table was updated during the drive cycle, the offset table is also saved. Since the offset table does not have to be stored in every drive cycle, the wear of the non-volatile memory is reduced. The chosen method further reduces the frequency of storing the offset table.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010031337 A1 [0004] DE 102010031337 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten und ein Steuersystem umfasst, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und Histogramme (2, 12) gebildet werden, die Häufigkeitswerte (6) des Auftretens bestimmter Werte (7, 8) der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen, mit den folgenden Schritten: a) Erstellen eines Histogramms (2, 12) über einen Fahrzyklus; b) Laden eines bestehenden Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher; c) Aktualisieren des bestehenden Histogramms mit den Daten des erstellten Histogramms; d) Ermitteln jeweils eines reduzierten Werts (16, 26) und eines Offset-Werts für die Häufigkeitswerte (6) des aktualisierten Histogramms; e) Speichern des aktualisierten Histogramms in den nicht-flüchtigen Speicher.A method for providing information for maintenance and service purposes of a battery comprising a plurality of battery units and a control system, wherein usage data of a battery unit are detected and quantized and histograms ( 2 . 12 ), the frequency values ( 6 ) of the occurrence of certain values ( 7 . 8th ) of the individual quantized usage data or derived values, comprising the following steps: a) Creating a histogram ( 2 . 12 ) over a drive cycle; b) loading an existing histogram from a non-volatile memory; c) updating the existing histogram with the data of the created histogram; d) each determining a reduced value ( 16 . 26 ) and an offset value for the frequency values ( 6 ) of the updated histogram; e) storing the updated histogram in the non-volatile memory. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt f) Überprüfen, ob sich die reduzierten Werte (16, 26) und/oder die Offset-Werte bei der Aktualisierung in Schritt c) geändert haben.Method according to claim 1, with the further step f) checking whether the reduced values ( 16 . 26 ) and / or the offset values in the update in step c) have changed. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt f) vor Schritt e) ausgeführt wird und wobei die reduzierten Werte (16, 26) dann gespeichert werden, wenn sich zumindest ein reduzierter Wert (16, 26) geändert hat und wobei die Offset-Werte dann gespeichert werden, wenn sich zumindest ein Offset-Wert geändert hat. Method according to claim 2, wherein step f) is carried out before step e) and wherein the reduced values ( 16 . 26 ) are stored when at least a reduced value ( 16 . 26 ) and wherein the offset values are stored when at least one offset value has changed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Offset-Werte in einer Offset-Tabelle bereitgestellt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the offset values are provided in an offset table. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wertebereich (20, 22) der reduzierten Werte (16, 26) für verschiedene Werte (7, 8) der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten anhand einer voraussichtlichen Nutzung der Batterieeinheiten festgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a range of values ( 20 . 22 ) of the reduced values ( 16 . 26 ) for different values ( 7 . 8th ) of the individual quantized usage data is determined on the basis of an anticipated use of the battery units. Datenstruktur mit zumindest einem Histogramm, das Häufigkeitswerte (6) des Auftretens bestimmter Werte (7, 8) von quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, wobei die Häufigkeitswerte (6) einen reduzierten Wert (16) und einen Offset-Wert aufweisen, wenn die Datenstruktur von einer Computereinrichtung ausgelesen wird, wobei die Datenstruktur bei der Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erstellt wurde.Data structure with at least one histogram, the frequency values ( 6 ) of the occurrence of certain values ( 7 . 8th ) of quantized usage data or derived values, the frequency values ( 6 ) a reduced value ( 16 ) and an offset value when the data structure is read out by a computer device, wherein the data structure was created when performing one of the methods according to one of claims 1 to 5. Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.A computer program for performing any of the methods of any one of claims 1 to 5 when the computer program is executed on a programmable computing device. Batteriemanagementsystem mit einer Einheit zur Erfassung und Quantisierung von Nutzungsdaten einer Batterieeinheit, einer Einheit zum Erstellen eines Histogramms (2, 12), wobei das Histogramm (2, 12) Häufigkeitswerte (6) des Auftretens bestimmter Werte (7, 8) der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, einer Einheit zum Aktualisieren des bestehenden Histogramms mit den Daten des erstellten Histogramms; einer Einheit zum Ermitteln eines reduzierten Werts (16, 26) und eines Offset-Werts für die Häufigkeitswerte (6) des aktualisierten Histogramms; und einer Einheit zum Speichern des aktualisierten Histogramms in einen nicht-flüchtigen Speicher.Battery management system comprising a battery unit usage data acquisition and quantization unit, a histogram generation unit ( 2 . 12 ), where the histogram ( 2 . 12 ) Frequency values ( 6 ) of the occurrence of certain values ( 7 . 8th ) of the individual quantized usage data or values derived therefrom, a unit for updating the existing histogram with the data of the created histogram; a unit for determining a reduced value ( 16 . 26 ) and an offset value for the frequency values ( 6 ) of the updated histogram; and a unit for storing the updated histogram into a nonvolatile memory. Batterie, die mehrere Batteriezellen und ein Batteriemanagementsystem nach Anspruch 8 umfasst, und die mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.A battery comprising a plurality of battery cells and a battery management system according to claim 8 and connectable to a drive system of a motor vehicle. Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 9, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Motor vehicle with a battery according to claim 9, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
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