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Die Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung, über welche eine Hochvoltbatterie aus einem Kraftfahrzeugs als Energiespeicher in einer stationären Energiespeichereinrichtung betrieben werden kann. Über die Anschlussvorrichtung werden ein Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie und eine Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt. Eine andere Bezeichnung für Hochvoltbatterie ist auch Traktionsbatterie. Zu der Erfindung gehört auch eine Hochvoltbatterie, in welcher eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung integriert ist. Schließlich gehört zu der Erfindung noch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie aus einem Kraftfahrzeugs in einer stationären Energiespeichereinrichtung.
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Der Einsatz einer Hochvoltbatterie in stationären Energiespeicheranwendungen findet bisher kaum Anwendung. Grund dafür ist, dass ein verhältnismäßig großer technischer Aufwand besteht, um eine Hochvoltbatterie in eine bestehende Infrastruktur einer Energiespeichereinrichtung zu integrieren. Hochvoltbatterien werden nämlich im Automotive-Bereich aufgrund von Sicherheitsanwendungen und Zulassungsvorschriften speziell dafür ausgelegt, Energie zu speichern und abzugeben und hierbei besondere Sicherungsvorkehrungen zu treffen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) der Hochvoltbatterie prüft, ob es in Kommunikation mit einem funktionierenden, intakten Kraftfahrzeug steht, das heißt es werden Statusmeldungen anderer Steuergeräte über einen Kommunikationsbus vom Batteriemanagementsystem empfangen und überprüft. Erst wenn diese Statusmeldungen ein betriebsbereites, fehlerfreies Kraftfahrzeug signalisieren, werden die Schaltkontakte oder Schaltschütze in der Hochvoltbatterie für den Energiefluss geschaltet. Mit anderen Worten ist ein Betrieb einer Hochvoltbatterie ohne das umgebende Fahrzeug so nicht möglich. Dies macht die Integration der Hochvoltbatterie in eine stationäre Energiespeichereinrichtung technisch aufwendig, weil die Hochvoltbatterie zunächst umgerüstet werden muss.
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Diese Anpassung oder Umgestaltung der Hochvoltbatterie ist aber dadurch verhindert, dass das Batteriemanagementsystem einen Know-how-Schutz aufweist, der es Herstellern von stationären Energiespeichereinrichtungen, beispielsweise Herstellern von Photovoltaik-Anlagen oder Windkraftanlagen, unmöglich macht, selbst Hochvoltbatterien aus Kraftfahrzeugen in autarken, stationären Energiespeichereinrichtungen zu verbauen und anzupassen, da keine Eingriffe in das Batteriemanagementsystem möglich sind.
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Die Nutzung von ausrangierten oder für den Betrieb im Kraftfahrzeug nicht mehr tauglichen Hochvoltbatterien in stationären, weniger anspruchsvollen oder belastenden Anwendungen ist allerdings technisch attraktiv. Es ermöglicht die Weiternutzung von Hochvoltbatterien anstelle von deren Vernichtung (sogenannte Zweitlebenanwendung (second-life application). Eine stationäre Energiespeichereinrichtung kann eine oder mehrere Hochvoltbatterien aufweisen und beispielsweise zum Zwischenspeichern von Photovoltaik-Energie in einem Haushalt oder einem Industriegebäude oder einem Parkhaus bereitgestellt sein.
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Aus der
US 2011/0273140 A1 ist ein Energiespeicherverbund als Second-Life-Konzept bekannt. Hierbei wird eine Kommunikation zwischen einem Batteriemanagementsystem einer Hochvoltbatterie und einer Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung durch eine Kommunikationseinheit ermöglicht. Über die Kommunikationseinheit können Kenndaten einzelner Batteriezellen der Hochvoltbatterie aus dem Batteriemanagementsystem ausgelesen werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass über das Auslesen von Kenndaten die Möglichkeit besteht, technische Konfigurationen der Hochvoltbatterie und damit das in der Hochvoltbatterie verbaute Know-how zu ermitteln. Dies muss von Herstellern der Hochvoltbatterie verhindert werden, damit nicht beispielsweise unautorisierte Tuningmethoden für Elektrofahrzeuge von unautorisierten Personen entwickelt werden können.
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Aus der
US 2011/0153239 A1 ist ein Batterieteststand bekannt, um eine Fahrzeugbatterie mit Batteriemanagementsystem zu testen. Hierzu wird ein Betrieb eines Kraftfahrzeugs dahingehend simuliert, dass auf einem Kommunikationsbus, an welchen das Batteriemanagementsystem angeschlossen ist, mittels eines Simulators ein Datenverkehr erzeugt wird, wie er auch bei einem fahrenden Kraftfahrzeug vorhanden wäre.
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In der
US 2013/0307476 A1 ist eine Batterieserviceeinheit beschrieben, über welche die Fahrzeugbatterie auch außerhalb des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Die Batterieserviceeinheit überwacht, ob die Hochvoltbatterie einen Defekt aufweist. Des Weiteren ist die Batterieserviceeinheit dazu ausgelegt, eine Betriebsumgebung zu simulieren, wie sie sich aus Sicht der Hochvoltbatterie in einem elektrischen Fahrzeug ergeben würde.
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Aus der
DE 10 2013 019 373 A1 ist ein System bekannt, welches Energie in Traktionsbatterien speichern kann, die aus Kraftfahrzeugen ausgebaut worden sind. Zum Steuern der Batteriemanagementsysteme der Traktionsbatterien sind die Traktionsbatterien mit einer Steuereinheit gekoppelt. Die Kopplung erfolgt über Batterieanschlüsse, welche an den Batteriemanagementsystemen Signale erzeugen, wie sie sich auch bei einem Betrieb der jeweiligen Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug ergeben können. Die zentrale Steuereinheit ist für die gesamte Energiebilanzierung zuständig.
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Aus der
US 2012/0133337 A1 ist ein System zum Speichern von Energie in einer Vielzahl stationär gelagerter Batterien beschrieben. Die Batterien werden durch einen zentralen Computer gesteuert, der alle hierfür benötigten Kenndaten der Batterien aus den Batterien empfängt. In Bezug auf das Aufladen mehrerer Kraftfahrzeuge über entsprechende Ladestationen ist beschrieben, dass diese Ladestationen zentral durch einen Server geschaltet werden können, der hierzu Anschlusszeiten der Kraftfahrzeuge an die jeweilige Ladestation sowie Marktdaten und Wetterdaten berücksichtigen kann.
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In einem Fachbeitrag von Li et al. (Ye Li und Yehui Han, „Used-Battery Management with Integrated Battery Building Block System", in Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), IEEE, Seiten 3177-3182, 15-19 März 2015) ist ein System zum Verwenden gebraucht der Traktionsbatterien beschrieben, die sich hierbei selbst steuern oder verwalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer stationären Energiespeichereinrichtung zu betreiben.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Durch die Erfindung wird eine Anschlussvorrichtung bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs als Energiespeicher in einer stationären Energiespeichereinrichtung zu betreiben. Die Hochvoltbatterie wird hierzu aus dem Kraftfahrzeug ausgebaut und in der Energiespeichereinrichtung bereitgestellt. Die Anschlussvorrichtung weist eine Kommunikationsschnittstelle zum Koppeln der Anschlussvorrichtung mit einer Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung sowie eine Busschnittstelle auf. Über die Busschnittstelle wird die Anschlusseinrichtung an einen Kommunikationsbus angeschlossen, sodass die Busschnittstelle die Anschlusseinrichtung mit einem Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie koppelt. Über die Busschnittstelle kommuniziert eine Steuereinheit oder Controllereinheit der Anschlussvorrichtung mit dem Batteriemanagementsystem. Hierzu ist die Controllereinheit mit der Busschnittstelle gekoppelt und dazu eingerichtet, mit dem Batteriemanagementsystem batteriespezifische Kenndaten der Hochvoltbatterie auszutauschen.
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Um nun zu verhindern, dass diese batteriespezifischen Kenndaten von außen über die andere Schnittstelle, nämlich die Kommunikationsschnittstelle, ausgelesen werden und somit das beschriebene Auslesen des Know-hows aus dem Batteriemanagementsystem möglich ist, ist die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung wie folgt ausgestaltet. Die Controllereinheit ist nicht direkt mit der Kommunikationsschnittstelle gekoppelt, sondern über eine Transfereinrichtung. Diese Transfereinrichtung ist dazu eingerichtet, bei einer Kommunikation der Controllereinheit mit der zentralen Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung die batteriespezifischen Kenndaten dahingehend zu filtern, dass nur eine vorbestimmte Untermenge der Kenndaten an der Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird. Mit anderen Worten blockiert die Transfereinrichtung das Übertragen vorbestimmter Kenndaten über die Kommunikationsschnittstelle aus der Anschlussvorrichtung heraus. Somit ist es durch die Transfereinrichtung verhindert, dass über die Kommunikationsschnittstelle vorbestimmte batteriespezifische Kenndaten ausgelesen oder ermittelt werden. Durch Festlegen der Untermenge der Kenndaten kann eingestellt oder festgelegt werden, welche batteriespezifischen Kenndaten über die Kommunikationsschnittstelle ausgetauscht werden können. Es handelt sich hierbei um die für den Betrieb der Hochvoltbatterie in der stationären Energiespeichereinrichtung benötigten Kenndaten. Die übrigen Kenndaten können durch die Transfereinrichtung blockiert werden. Die Transfereinheit kann beispielsweise als ein Softwaremodul eines Prozessors ausgestaltet sein, durch den insbesondere auch die Controllereinheit als weiteres Softwaremodul bereitgestellt sein kann.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Hochvoltbatterie ohne Anpassungsaufwand als Energiespeicher in einer stationären Energiespeichereinrichtung betrieben werden kann. Die Hochvoltbatterie wird über die Anschlussvorrichtung mit der Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt. Das Steuern der Hochvoltbatterie selbst mit batteriespezifischen Kenndaten, beispielsweise herstellerspezifischen Steuerbefehlen, und das Ermitteln von batteriespezifischen Kenndaten, beispielsweise Softwareparameter des Batteriemanagementsystems oder Sensorwerte, die durch das Batteriemanagementsystem bereitgestellt werden, kann durch die Controllereinheit durchgeführt werden. Die Controllereinheit kann dabei wiederum über standardisierte Steuerbefehle der Steuereinheit gesteuert werden und diese batteriespezifisch umsetzen. Ein Hersteller der Energiespeichereinrichtung kann auf der Grundlage der Anschlussvorrichtung somit eine Hochvoltbatterie ohne zusätzlichen Anpassungsaufwand direkt in eine herzustellende Energiespeichereinrichtung integrieren. Der Hersteller der Hochvoltbatterie kann mittels der Anschlussvorrichtung durch Festlegen der Untermenge sicherstellen, dass vorbestimmten Kenndaten nicht in über die Kommunikationsschnittstelle ausgelesen werden können.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung sind unter batteriespezifischen Kenndaten insbesondere eine oder mehrere der folgenden Informationen zu verstehen: Sensordaten, Steuerbefehle, Versionsdaten einer Software und/oder einer Hardware, Spannungswerte, Stromwerte, ein Ladezustand (SoC - state of charge) der Hochvoltbatterie und/oder einzelner Batteriezellen der Hochvoltbatterie und/oder von Zellenmodulen der Hochvoltbatterie, ein Fehlerzustand (SoH - state of health), Temperaturwerte, Konfigurationsdaten von zumindest einem Programmmodul der Hochvoltbatterie. Als Steuerbefehle können die Kenndaten beispielsweise das Schalten von Schützen der Hochvoltbatterie steuern und/oder das Ausgeben von anderen Kenndaten und/oder das Konfigurieren von Kenndaten in der Hochvoltbatterie und/oder das Aktualisieren von Software in der Hochvoltbatterie.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche technische Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Anschlussvorrichtung eine Freischalteinrichtung auf. Die Freischalteinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Betrieb der Controllereinheit so lange zu blockieren, bis die Freischalteinrichtung Freischaltdaten empfängt. Mit anderen Worten muss sich ein Benutzer der Anschlussvorrichtung mittels der Freischaltdaten autorisieren. Zusätzlich oder alternativ zum Blockieren der Controllereinheit kann auch vorgesehen sein, dass die Untermenge, durch welche die zulässigen Kenndaten für die Kommunikationsschnittstelle festgelegt werden, in Abhängigkeit von den Freischaltdaten festgelegt wird. Hierdurch kann mittels der Freischaltdaten festgelegt werden, welche Kenndaten über die Kommunikationsschnittstelle ausgelesen werden können. Die Freischalteinrichtung kann beispielsweise als ein Softwaremodul der Controllereinheit bereitgestellt sein.
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Eine Weiterbildung betrifft das Empfangen der Freischaltdaten. Bei dieser Weiterbildung ist eine Leseeinheit zum Anschließen und Auslesen eines portablen Datenspeichers bereitgestellt. Beispielsweise kann ein Chipkartenleser oder ein USB-Anschluss (USB - universal serial bus) bereitgestellt sein. Die Freischalteinrichtung ist bei dieser Weiterbildung dazu ausgelegt, die Freischaltdaten über die Leseeinheit zu empfangen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Autorisierung nur über einen physikalischen Datenspeicher ermöglicht ist, also einen sogenannten Dongle. Dies verringert eine Manipulationsmöglichkeit der Anschlussvorrichtung. Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass die Freischalteinrichtung dazu eingerichtet ist, die Freischaltdaten über eine Internetverbindung von einem Internetserver zu empfangen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Freischaltdaten nachträglich, nach der Montage der Energiespeichereinrichtung, von der Anschlussvorrichtung empfangen werden können. Beispielsweise können auch zeitlich und/oder örtlich begrenzte Freischaltdaten bereitgestellt werden, die dann in Abhängigkeit von der aktuellen Zeit und/oder dem aktuellen Aufbauort der Anschlussvorrichtung aktualisiert oder angepasst werden können. Hierdurch kann beispielsweise ein Mieten der Energiespeichervorrichtung für einen vorbestimmten Zeitraum realisiert werden.
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In diesem Zusammenhang sieht eine Weiterbildung der Anschlussvorrichtung vor, dass die Freischalteinrichtung dazu eingerichtet ist, die Freischaltdaten nach einer vorgegebenen Zeitdauer als ungültig zu markieren und den Betrieb der Controllereinheit wieder zu blockieren. Mit anderen Worten muss ein Betreiber der Energiespeichereinrichtung die Freischaltdaten erneuern. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch nach einer Abgabe oder Weitergabe der Hochvoltbatterie an einen Hersteller einer Energiespeichereinrichtung der Hersteller der Hochvoltbatterie die Kontrolle darüber hat, wie lange und unter welchen Umständen die Hochvoltbatterie außerhalb des Kraftfahrzeugs betrieben wird.
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Bei einer Weiterbildung ist die Transfereinrichtung dazu eingerichtet, zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der Controllereinheit eine Protokollumsetzung durchzuführen. Mit anderen Worten werden Kommunikationsnachrichten, die über die Kommunikationsschnittstelle von außerhalb empfangen werden, durch die Transfereinrichtung in eine Nachricht übersetzt, die durch die Controllereinheit verarbeitet werden kann. Genauso kann die Controllereinheit Nachrichten aussenden, die durch die Transfereinrichtung übersetzt werden in Nachrichten, die von der Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung verarbeitet werden können. Mit anderen Worten können die Steuereinheit einerseits und die Controllereinheit andererseits unterschiedliche Protokolle zum Austauschen von Nachrichten verwenden. Die Transfereinheit übersetzt dann Nachrichten von dem jeweiligen Protokoll in das jeweils andere Protokoll. Hierdurch ist ermöglicht, dass die Hochvoltbatterie auch über ein Protokoll gesteuert wird, was fahrzeugfremd ist. Beispielsweise kann als Kommunikationsprotokoll für die Kommunikationsschnittstelle der Standard IEC 61850 durch die Transfereinrichtung bereitgestellt sein.
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Eine Weiterbildung löst das Problem, dass ein Batteriemanagementsystem einen Energieaustausch nur zulässt, falls weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs eine fehlerfreie Funktion signalisieren. Beispielsweise kann das Batteriemanagementsystem über den Kommunikationsbus ermitteln, ob ein Wechselrichter eines elektrischen Antriebsmotors Betriebsbereitschaft signalisiert. Ohne eine solche Statusmeldung schaltet das Batteriemanagementsystem nicht die Schütze in der Hochvoltbatterie, das heißt ein elektrischer Strom in die Hochvoltbatterie hinein oder aus der Hochvoltbatterie hinaus ist durch die offenen Schütze blockiert. In einer Energiespeichereinrichtung für den stationären Betrieb ist ein solcher Wechselrichter und sind weitere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs nicht vorhanden. Um dennoch einen Betrieb der Hochvoltbatterie ohne eine Manipulation des Batteriemanagementsystems zu ermöglichen, sieht die Weiterbildung vor, dass die Controllereinheit dazu eingerichtet ist, an der Busschnittstelle eine Restbussimulation für das Batteriemanagementsystem durchzuführen. Diese Restbussimulation umfasst, dass in den Kommunikationsbus Statusmeldungen von Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs ausgesendet werden. Es wird also eine Statusmeldung zumindest eines Kraftfahrzeug-Steuergeräts simuliert oder emuliert. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass dieses Kraftfahrzeug-Steuergerät nicht in der stationären Energiespeichereinrichtung bereitgestellt werden muss, um das Batteriemanagementsystem zu veranlassen, die Schütze in der Hochvoltbatterie zu schalten.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Controllereinheit dazu ausgelegt ist, über die Busschnittstelle eine kryptografisch verschlüsselte Kommunikation mit dem Batteriemanagementsystem durchzuführen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die batteriespezifischen Kenndaten auch nicht durch Mitlesen am Kommunikationsbus ermittelt werden können.
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Die Anschlussvorrichtung kann als separates Steuergerät bereitgestellt sein. In diesem Zusammenhang sieht eine Weiterbildung der Anschlussvorrichtung vor, dass die Controllereinheit dazu ausgelegt ist, über die Busschnittstelle zusätzlich zu der Hochvoltbatterie noch mit zumindest einer weiteren Hochvoltbatterie zu kommunizieren. Mit anderen Worten ist die Anschlusseinrichtung dazu ausgelegt, über die Busschnittstelle mehr als eine Hochvoltbatterie zu steuern.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, die Anschlussvorrichtung in eine Hochvoltbatterie zu integrieren. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass es ausreicht, eine Hochvoltbatterie zu beschaffen und ohne weitere Umbaumaßnahmen direkt mittels einer Steuereinheit einer Energiespeichereinrichtung zu betreiben. In diesem Zusammenhang umfasst die Erfindung auch eine Hochvoltbatterie mit einem Batteriemanagementsystem zum Erfassen und Einstellen von Kenndaten der Hochvoltbatterie. Das Batteriemanagementsystem kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein. Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie weist des Weiteren eine in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Hochvoltbatterie integrierte Anschlussvorrichtung auf, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung ist.
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Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie aus einem Kraftfahrzeug in einer stationären Energiespeichereinrichtung. Durch eine Controllereinheit werden über eine Busschnittstelle batteriespezifische Kenndaten der Hochvoltbatterie mit einem Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie ausgetauscht. Die Controllereinheit kann hierüber den aktuellen Betriebszustand der Hochvoltbatterie ermitteln und/oder die Hochvoltbatterie steuern. Auf der anderen Seite kommuniziert die Controllereinheit mit einer Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung. Bei der Kommunikation der Controllereinheit mit der Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung filtert eine Transfereinrichtung die batteriespezifischen Kenndaten dahingehend, dass nur eine vorbestimmte Untermenge der Kenndaten an einer Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird, über welche die Controllereinheit mit der Steuereinheit kommuniziert. Hierdurch ergibt sich in der beschriebenen Weise der Schutz vor einem Ermitteln derjenigen batteriespezifischen Kenndaten, die nicht zum Betrieb der Hochvoltbatterie in der Energiespeichereinrichtung nötig sind und die dennoch zwischen der Controllereinheit und dem Batteriemanagementsystem ausgetauscht werden können.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, welche Merkmalen der entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung entsprechen. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer stationären Energiespeichereinrichtung, in welcher Hochvoltbatterien jeweils über eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung mit einer Steuereinheit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt sind, und
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 1 mit einer zentralen Steuereinheit 2, einer Kommunikationseinrichtung 3, einer oder mehreren Hochvoltbatterien 4 und jeweiligen Gateways oder Anschlussvorrichtungen 5, über die jeweils eine Hochvoltbatterie 4 mit der Kommunikationseinrichtung 3 gekoppelt sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Hochvoltbatterien 4 (HV) über eine einzelne Anschlussvorrichtung 5 (Gateway) mit der Kommunikationseinrichtung 3 gekoppelt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 nur einige der Hochvoltbatterien 4 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Hochvoltbatterien 4 können neuwertige Hochvoltbatterien sein oder gebrauchte, aus Kraftfahrzeugen ausgebaute Hochvoltbatterien. In der Energiespeichereinrichtung 1 werden die Hochvoltbatterien 4 außerhalb von Kraftfahrzeugen betrieben.
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Die Energiespeichereinrichtung 1 kann beispielsweise in einem Gebäude oder für einen Stadtteil oder auch verteilt über eine Stadt oder ein Land ausgestaltet sein. Die Energiespeichereinrichtung 1 kann ein Energienetz oder Smart Grid darstellen. Die Steuereinheit 2 stellt eine zentrale Steuerung und/oder Regelung dar, über welche die Energieaufnahme und/oder die Energieabgabe der Hochvoltbatterien 4 gesteuert wird. Hierzu kommuniziert die Steuereinheit 2 mit den Anschlussvorrichtungen 5 über die Kommunikationseinrichtung 3. Die Kommunikationseinrichtung 3 kann drahtgebunden oder drahtlos ausgestaltet sein. Sie kann als drahtlose Einrichtung z.B. auf einem WLAN-Standard (WLAN - Wireless Local Area Network) basieren. Die Kommunikationseinrichtung 3 kann beispielsweise durch ein IP-basiertes Netzwerk (IP - Internetprotokoll), beispielsweise das Internet und/oder ein Ethernet-Netzwerk, gebildet sein. Die Kommunikationseinrichtung 3 kann auch beispielsweise durch einen Kommunikationsbus, beispielsweise einen CAN-Bus (CAN - controller area network) gebildet sein. Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 2 und den Anschlussvorrichtungen 5 bildet einen offenen Bereich 6, der dahingehend eine unsichere oder ungeschützte Kommunikation darstellt, dass auf der Grundlage der über die Kommunikationseinrichtung 3 ausgetauschten Kommunikationsdaten kein Rückschluss auf eine interne Betriebsweise der Hochvoltbatterien 4 möglich ist. Mit anderen Worten ist die Kommunikation über den offenen Bereich standardisiert und/oder unabhängig vom Bautyp der Hochvoltbatterien 4. Mit anderen Worten erfolgt die Kommunikation mittels eines Kommunikationsprotokolls, das unabhängig von einem Batterietyp der Hochvoltbatterien 4 ist. Die Anschlussvorrichtungen 5 kommunizieren mit den ihnen zugeordneten Hochvoltbatterien 4 über einen Kommunikationsbus 7, wie er auch in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen ist, in welchem die Hochvoltbatterie 4 ebenfalls betrieben werden kann. Bei der Kommunikation über den Kommunikationsbus 7 ist dabei ein jeweiliger sicherer Bereich oder geschützter Bereich 8 realisiert, der eine batterietypspezifische Kommunikation darstellt. Mit anderen Worten kann auf Grundlage der Kommunikation über den Kommunikationsbus 7 im geschützten Bereich 8 ein Rückschluss auf eine interne Betriebsweise der Hochvoltbatterie 4 möglich sein.
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Durch die Anschlussvorrichtungen 5 werden diejenigen Kenndaten, die zwischen der Anschlussvorrichtung 5 und der Hochvoltbatterie 4 ausgetauscht werden, dahingehend gefiltert, dass nur solche Kenndaten an die Kommunikationseinrichtung 3 übertragen oder weitergeleitet werden, durch welche eine ungeschützte Kommunikation oder ein offener Bereich 6 realisiert werden kann.
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Über die Anschlussvorrichtung 5 wird somit eine Kommunikationsschnittstelle geschaffen, über die ein Energieversorger mit einem jeweiligen Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterien 4 sicher kommunizieren kann. Es werden hierbei bidirektional Kommunikationsdaten zwischen der Steuereinheit 2 und dem Batteriemanagementsystem ausgetauscht, und die Anschlussvorrichtung 5 fungiert als Übersetzer (Translator). Die Anschlussvorrichtung 5 bietet eine Möglichkeit, zu schützende Kenndaten, zum Beispiel von dem Hochvolt-Batteriesystem, zu entschlüsseln oder zu filtern und eine Translation oder Übertragung zum Beispiel auf einen für Dritte zugänglichen Datensatz durchzuführen. Dieser Datensatz kann dann über die Kommunikationseinrichtung 3 übertragen werden. Hierdurch werden Fahrzeug- oder Hochvolt-Batteriesysteminformationen für Dritte ausgeblendet und verborgen. Wesentliche Grundinformationen können aber durch die Anschlussvorrichtung 5 für Dritte in der Kommunikationseinrichtung 3 zugänglich gemacht werden, zum Beispiel Spannungen, Strom, SoC, SoH, Temperaturen. Genauso können aus dem offenen Bereich 6 solche Grundinformationen vorgegeben werden, beispielsweise zum Schalten der Hochvoltbatterien 4. Verborgene Informationen, z. B. batteriespezifische Steuerbefehle, bleiben weiterhin von der Außenwelt abgeschirmt, das heißt vom offenen Bereich 6.
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In 2 ist zur weiteren Veranschaulichung der Funktionsweise eine Anschlussvorrichtung 5 zusammen mit einer Hochvoltbatterie 4 und der Kommunikationseinrichtung 3 gezeigt. Gezeigt ist, wie zwischen einem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz 9 und Hochvoltanschlüssen 10 der Hochvoltbatterie 4 ein Energiefluss 11 über einen Wandler 12 (bidirektionaler AC-DC-Wandler) realisiert sein kann. Damit der Energiefluss 11 ermöglicht ist, müssen Schütze 13 der Hochvoltbatterie 4 in einen geschlossenen Zustand geschaltet werden. Das Steuern der Schütze 13 erfolgt durch ein Batteriemanagementsystem 14 (BMS). Hierzu können Schaltanforderungen 15 durch die Steuereinheit 2 über die Kommunikationseinrichtung 3 an die Anschlussvorrichtung 5 gesendet werden. Die Anschlussvorrichtung 5 kann des Weiteren Statusmeldungen 16 über die Kommunikationseinrichtung 3 an die Steuereinheit 3 aussenden. Die Statusmeldungen 16 geben in der beschriebenen Weise den Betriebszustand der Hochvoltbatterie 4 an. Das Austauschen der Anforderungen 15 und der Statusmeldungen 16 erfolgt im offenen Bereich 6.
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Zur Steuerung der Hochvoltbatterie 4 kommuniziert die Anschlussvorrichtung 5 über den Kommunikationsbus 7 mit dem Batteriemanagementsystem 14 und sendet hierüber batteriespezifische Anforderungen 17 aus und/oder empfängt batteriespezifische Statusmeldungen 18 von dem Batteriemanagementsystem 14. Die Anschlussvorrichtung 5 ist hierzu über eine Batterieschnittstelle 19 mit dem Kommunikationsbus 7 gekoppelt. Der Kommunikationsbus 7 kann beispielsweise ein CAN-Bus sein. Die batteriespezifischen Anforderungen 17 und die batteriespezifischen Statusmeldungen 18 werden durch eine Controllereinheit 21 der Anschlussvorrichtung 5 verarbeitet. Des Weiteren kann die Controllereinheit 21 simulierte Statusmeldungen 22 über den Kommunikationsbus 7 aussenden. Die simulierten Statusmeldungen 22 stellen Statusmeldungen dar, wie sie innerhalb eines Kraftfahrzeugs durch weitere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs erzeugt werden und durch das Batteriemanagementsystem 14 dahingehend überprüft werden, ob ein Schließen der Schütze 13 durchgeführt werden soll. Mittels der simulierten Statusmeldungen 22 findet eine Restbussimulation statt.
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Durch die Controllereinheit 21 wird das Batteriemanagementsystem 14 in derselben Weise gesteuert, wie es auch innerhalb eines Kraftfahrzeugs durch ein entsprechendes Steuergerät des Kraftfahrzeugs erfolgen würde.
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Mit der Kommunikationseinrichtung 3 ist die Anschlussvorrichtung 5 über eine Kommunikationsschnittstelle 20 gekoppelt. Die Kommunikationsschnittstelle 20 kann beispielsweise nach dem Standard IEC 61850 ausgestaltet sein. Durch die Kommunikationsschnittstelle 20 kann eine standardisierte Schnittstelle (open-interface) bereitgestellt werden. Diese kann individuell an die Anforderungen angepasst werden. Sie wird von dem Hersteller der Energiespeichereinrichtung 1 beziehungsweise von einer Norm vorgegeben.
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Damit die Controllereinheit 21 die Anforderungen 15 verarbeiten kann und daraus batteriespezifische Anforderungen 17 erzeugen kann, weist die Anschlussvorrichtung 5 eine Transfereinrichtung 23 auf, welche eine Übertragung von Kommunikationsdaten zwischen dem offenen Bereich 6 und dem geschützten Bereich 8 durchführt. Die Transfereinrichtung 23 übersetzt somit Daten in batteriespezifische Anforderungen und übermittelt diese an die Controllereinheit 21. Der Datentransfer erfolgt bidirektional, das heißt auch Informationen über die Hochvoltbatterie 4 können an die Steuereinheit 2 übertragen werden. In der Transfereinrichtung 23 erfolgt somit eine Protokollumsetzung. Bei dieser Umsetzung können Daten/Informationen weggelassen werden, wenn diese von der Controllereinheit 21 oder für den Betrieb der Hochvoltbatterie 4 nicht benötigt werden. Hierdurch wird die Controllereinheit 21 vor einer Belastung durch unnötige Daten aus der Kommunikationseinrichtung 3 geschützt. Ebenso erfolgt eine Filterung der batteriespezifischen Statusmeldungen 18. Die Statusmeldungen 18 umfassen Kenndaten der Hochvoltbatterie 4. Die Filterung erfolgt somit in Richtung der Steuereinheit 2 und/oder in Richtung der Kommunikationseinrichtung 3.
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Die Anschlussvorrichtung 5 kann des Weiteren eine übergeordnete Freischalteinrichtung 24 (SEC - security) aufweisen. Durch die Freischalteinrichtung 24 kann eine Freischaltung von Informationen über eine Verschlüsselung beziehungsweise Verschlüsselungsebenen erfolgen, beispielsweise durch Überprüfen, ob das Batteriemanagementsystem 14 geheime Daten über den Kommunikationsbus 7 bereitstellt, die zu weiteren geheimen Daten passen, die innerhalb der Freischalteinrichtung 24 gespeichert sind. Hierdurch ist eine typspezifische Kombination der Anschlussvorrichtung 5 mit einer Hochvoltbatterie 4 erzwungen. Zudem ist auch möglich, eine Chipkarte zum Bereitstellen externer Freischaltdaten einzulesen, durch welche ein Betreiber der Anschlussvorrichtung 5 sich für den Betrieb autorisieren kann. Die Kommunikation über den Kommunikationsbus 7 und/oder die Kommunikationseinrichtung 3 kann des Weiteren verschlüsselt sein, sodass an den Datenaustauschbussen keine Informationen mitgeloggt werden können.
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Einen vergrößerten Einsatzbereich der Anschlussvorrichtung 5 kann man ermöglichen, indem über eine Datenbank in der Anschlussvorrichtung 5 selbst viele vorab installierte Software- und Hardwareversionen verschiedener Hochvoltbatterien 4 hinterlegt oder gespeichert sind und für den aktuelle vorliegenden Typ von Hochvoltbatterien 4 entsprechende Steuerdaten oder Konfigurationsdaten aus der Datenbank ermittelt werden können. Es kann auch vorgesehen sein, über die Kommunikationsschnittstelle 20 oder über eine weitere (nicht dargestellte) Kommunikationsschnittstelle entsprechende Typdaten von einem zentralen Server beispielsweise des Internets zu empfangen.
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Die Anschlussvorrichtung 5 kann zum Beispiel als hochintegriertes und/oder gegen Auslesen geschütztes Halbleiterbauelement ausgeführt sein. Die Controllereinheit 21 und/oder die Transfereinheit 23 kann als ASIC (applicationspecific intergrated circuit), FPGA (field programmable gate array) oder als Mikrocontroller ausgestaltet sein.
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Die Anschlussvorrichtung 5 kann als separates Steuergerät bereitgestellt sein oder in eine Hochvoltbatterie 4 integriert sein. Die Schnittstelle zum Energieversorgung, das heißt der Steuereinheit 2, wird durch bereits definierte Standards abgebildet und kann je nach Einsatzzweck und Einsatzort entsprechend angepasst werden. Die Schnittstelle zur Hochvoltbatterie 4 obliegt der Verantwortung des Herstellers und braucht nicht dem Hersteller der Energiespeichereinrichtung 1 offengelegt werden. Neben dem beschriebenen Routing zwischen den unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen wird durch die Anschlussvorrichtung 5 auch die Bedingung für die Hochvoltbatterie 4 simuliert, durch welche der Betrieb ermöglicht ist (RestbusSimulation). Des Weiteren werden Batteriekenngrößen des Batteriemanagementsystems 14 erfasst, überwacht und bewertet.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Gateway für einen Energiespeicher bereitgestellt werden kann, der speziell für 2nd-Life Anwendungen von Fahrzeug-Traktionsbatterien vorgesehen ist.