ES2632208T3 - Arquitectura de seguridad, batería así como un vehículo de motor con una batería correspondiente - Google Patents

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Abstract

Arquitectura de seguridad para al menos dos baterías, comprendiendo cada batería respectivamente al menos una celda electroquímica (102), y estando combinadas las al menos dos baterías respectivamente con al menos una unidad de procesamiento de datos dando lugar respectivamente a un módulo (202, 204), estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera que mediante la al menos una unidad de procesamiento de datos de al menos un primer módulo (202, 204) se procesan señales de entrada de al menos un segundo módulo (204, 202), pudiendo activarse un circuito de desconexión del al menos un segundo módulo (204, 202) mediante señales de salida del al menos un primer módulo (202, 204).

Description

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DESCRIPCION
Arquitectura de seguridad, baterla as! como un vehlcuio de motor con una baterla correspondiente
La presente invencion se refiere a una arquitectura de seguridad, a una baterla, as! como a un vehlcuio de motor con una baterla correspondiente, que pueden usarse en particular, para combinar bioques de baterlas de un nivei de integridad de seguridad mas reducido, dando iugar a un sistema de baterlas con un nivei de integridad de seguridad mayor.
Estado de la tecnica
Para ei suministro de energla de accionamientos eiectricos en vehlcuios eiectricos e hlbridos, se usan a menudo baterlas de iones de iitio de aito voitaje. Estas baterlas presentan debido a su qulmica un riesgo potenciai. De esta manera puede ocurrir por ejempio, en caso de superarse ilmites de funcionamiento, una infiamacion de ia baterla o una saiida de substancias qulmicas peiigrosas.
Son por ejempio ilmites de funcionamiento reievantes para ia seguridad:
- umbrai superior para ia carga (tension) de una ceida de baterla,
- umbrai inferior para ia carga (tension) de una ceida de baterla,
- umbrai superior para ia temperatura de una ceida de baterla,
- umbrai superior para ia corriente de carga de una baterla (dependiente de ia temperatura).
La carga y ia descarga de una baterla se reguian de tai manera mediante un sistema de gestion de baterla (BMS, dei ingies Battery Management System), que se garantiza ia seguridad en caso de requisitos dados. Para eiio, ei sistema de sensores, ei sistema de iogicas y ei sistema de actuadores tienen que estar configurados en correspondencia con ios requisitos de seguridad o con ei nivei de integridad de seguridad (ASIL [= Automotive Safety Integrity Level, nivei de integridad de seguridad en ia automocion] de ia norma ISO 26262). Una superacion de ios ilmites de funcionamiento se supervisa habituaimente mediante funciones de vigiiancia, por ejempio, en ei sistema de iogicas centrai.
Para ios vehlcuios hlbridos se requieren a menudo soio baterlas pequenas. Debido ai contenido de energla mas reducido, estas en determinadas condiciones soio han de hacer frente a un ASIL B mas reducido.
Las baterlas para vehlcuios eiectricos han de hacer frente por ei contrario, debido a su riesgo potenciai mayor, a un ASIL C o D mayor. Esto tiene a menudo importantes consecuencias en ios procesos de software y en ia estructura dei hardware. Esto es desventajoso en particuiar debido a que por este motivo, han de usarse convencionaimente en dependencia de ios requisitos de seguridad, diferentes sistemas de baterla.
En ei documento US 2007/170889 A1 se divuiga por ejempio, una arquitectura de seguridad para ai menos dos baterlas. En este caso, cada baterla comprende respectivamente ai menos una ceida eiectroqulmica, estando combinadas ias ai menos dos baterlas respectivamente con ai menos una unidad de procesamiento de datos, dando iugar a respectivamente un moduio. En este caso, ia arquitectura de seguridad esta configurada de tai manera, que mediante ia ai menos una unidad de procesamiento de datos de ai menos un primer moduio, se procesan senaies de entrada de ai menos un segundo moduio.
Divuigacion de ia invencion
Segun ia invencion esta prevista por io tanto una arquitectura de seguridad para ai menos dos baterlas, posibiiitando ia arquitectura de seguridad, conmutar entre un modo ASIL-B y un modo ASIL C o D. Las baterlas comprenden respectivamente ai menos una ceida eiectroqulmica. Ademas de eiio, ai menos una parte de ias baterlas esta combinada con ai menos una unidad de procesamiento de datos, por ejempio, un sistema de iogicas. La ai menos una unidad de procesamiento de datos y ia baterla combinada con eiia, conforman un moduio. La unidad de procesamiento de datos es preferentemente parte de un BMS.
La arquitectura de seguridad esta configurada segun ia invencion de tai manera, que mediante ia ai menos una unidad de procesamiento de datos de ai menos un primer moduio, se procesan senaies de entrada de ai menos un segundo moduio. Una ventaja particuiar de una arquitectura de seguridad de este tipo consiste en que pueden vigiiarse de forma redundante ias senaies de entrada, inciuso cuando ios moduios individuaies satisfacen soio un requisito de seguridad reducido, como por ejempio, ASIL B. De manera preferente, en un sistema de baterla con ai
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menos dos modulos puede conmutarse entre diferentes requisitos de seguridad.
Es ventajoso cuando las senales de entrada del al menos un segundo modulo se ponen a disposicion del al menos un primer modulo a traves de un bus de un sensor del al menos un segundo modulo o a traves de una conexion CAN (CAN = Control Area Network, red de area de controlador) entre el al menos un primer y el segundo modulo.
En una forma de realizacion preferente de la invencion, esta previsto que pueda activarse un circuito de desconexion, en particular un sistema de actuadores, de un modulo, mediante senales de salida de otro modulo. De esta manera se logra ventajosamente, que el sistema de actuadores tenga una configuracion lo suficientemente redundante.
En otra forma de realizacion preferente de la invencion, esta previsto que se produzca una evaluation de las senales de entrada mediante unidades de procesamiento de datos redundantes. Una ventaja particular de esta forma de realizacion consiste en que se garantiza un ASIL alto con respecto a funciones de seguridad, por ejemplo, durante la vigilancia de valores umbral.
Otra forma de realizacion preferente preve que la arquitectura de seguridad este configurada de tal manera, que un modulo obtenga senales de entrada de todos los demas modulos y evalue los mismos de manera redundante. Con esta configuracion se logra ventajosamente, que la arquitectura de seguridad este estructurada como arquitectura maestro-esclavo. En este caso resulta ventajoso, cuando un modulo se usa como modulo maestro. El modulo maestro recibe en una forma de realizacion preferente las senales de sensor de todos los demas modulos (modulos esclavo). La ventaja particular de una arquitectura maestro-esclavo consiste en particular en que se produce una evaluacion de las senales de entrada mediante unidades de procesamiento de datos redundantes.
Otra forma de realizacion preferente diferente preve que en el caso de una transmision de las senales de entrada desde el al menos un segundo modulo al al menos un primer modulo, actue la unidad de procesamiento de datos del al menos un segundo modulo como “pasarela”. Resulta ventajoso cuando mediante medidas adecuadas se asegura que las senales de entrada no sean o no puedan ser manipuladas de incognito.
Resulta ventajoso tambien, cuando para el sometimiento a un control de plausibilidad de un valor de corriente de un primer modulo sirve como valor de redundancia un valor de corriente del sensor de corriente de al menos un segundo modulo. Debido a ello, tampoco es necesaria en el caso de requisito de seguridad mayor, equipar los modulos con varios sensores de corriente, para alcanzar la redundancia prescrita. En el caso de requisito de seguridad reducido, se somete a un control de plausibilidad preferentemente el sensor de corriente de forma individual, en caso de requisito de seguridad mayor, un valor de corriente del al menos un segundo modulo sirve como valor de redundancia.
Otra forma de realizacion preferente preve que la arquitectura de seguridad este configurada de tal manera, que desde el al menos un segundo modulo se transmitan valores mlnimos y/o maximos de sensores, como valores de plausibilidad. Esto se pone en practica preferentemente mediante un componente de logica adicional en el sistema de logicas del al menos un segundo modulo. Los valores mlnimos y/o maximos se evaluan en esta forma de realizacion como valores de plausibilidad.
En otra forma de realizacion preferente, esta previsto que al menos una parte de los sensores se presente de forma redundante en al menos una parte de los modulos y que se evalue un recorrido de senal de un sensor mediante un primer modulo, y un recorrido de senal de un sensor presente de forma redundante, mediante un segundo modulo. Resulta ventajoso en este caso, que las senales de los sensores presentes de forma redundante en un primer modulo sean evaluados por dos modulos diferentes.
Otra forma de realizacion preferente preve que cada modulo comprenda exactamente un sistema de actuadores y que la redundancia del sistema de actuadores se logre debido a que el sistema de actuadores del al menos un segundo modulo pueda controlarse mediante senales de salida del al menos un primer modulo. Esto es ventajoso en particular debido a que mediante la combination de los sistemas de actuadores de los al menos un primer y segundo modulos, se logra la redundancia requerida, sin que cada modulo individual tenga que estar equipado con un sistema de actuadores redundante.
Otro aspecto de la invencion se refiere a una baterla, la cual esta combinada con una arquitectura de seguridad, estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera, que mediante la al menos una unidad de procesamiento de datos de al menos un primer modulo, se procesan senales de entrada de al menos un segundo modulo. En el caso de la baterla se trata preferentemente de una baterla de iones de litio o la baterla comprende celdas electroqulmicas, las cuales estan configuradas como celdas de baterla de iones de litio.
Otro aspecto de la invencion se refiere a un vehlculo de motor con un motor de accionamiento electrico para accionar el vehlculo de motor y a una baterla unida o que puede unirse con el motor de accionamiento electrico,
segun el aspecto inventivo descrito en el parrafo anterior. La baterla no esta limitada sin embargo a un fin de uso de este tipo, sino que puede usarse tambien en otros sistemas electricos.
Mediante la invencion se realiza una ampliacion de la arquitectura de seguridad, en la cual se combinan dos o mas bloques de baterlas, es decir, baterlas con BMS, con requisito de seguridad bajo, como por ejemplo, ASIL B, dando 5 lugar a un sistema de baterla con requisito de seguridad mas alto, como por ejemplo, ASIL C o D. Esto tiene en particular la ventaja, de que con los mismos modulos pueden construirse sistemas con diferentes ASIL, sin tener que variarse la arquitectura de los modulos de base para cada ASIL.
En las reivindicaciones secundarias se indican, y en la descripcion se describen, perfeccionamientos ventajosos de la invencion.
10 Dibujos
Mediante los dibujos y la siguiente descripcion se explican con mayor detalle ejemplos de realizacion de la invencion. Muestran:
la figura 1 una cadena de seguridad para una baterla,
la figura 2 una ilustracion de una combinacion a modo de ejemplo de dos modulos ASIL B dando lugar a un modulo 15 ASIL C o ASIL D,
la figura 3 una ilustracion de una combinacion a modo de ejemplo de dos modulos ASIL B con sistema de sensores redundante, dando lugar a un modulo ASIL C o ASIL D, y
la figura 4 una arquitectura de seguridad realizada como arquitectura maestro-esclavo.
Formas de realizacion de la invencion
20 A continuacion, se describe con mayor detalle la invencion mediante modulos de base, los cuales cumplen con el nivel de integridad de seguridad ASIL B. El ejemplo de realizacion describe la invencion mediante una combinacion 200 a modo de ejemplo de dos modulos ASIL B, dando lugar a un modulo ASIL C o ASIL D. En este caso, la invencion no esta limitada a este requisito de seguridad especial.
En lo sucesivo se presupone que existe una cadena se seguridad 100 con hardware y software, consistente en al 25 menos celdas electroqulmicas 102, al menos un sensor 104, al menos un sistema de logicas 106 y al menos un actuador 108, satisfaciendo la cadena se seguridad 100 ASIL B (comparese la figura 1).
Arquitectura de seguridad de software
La arquitectura de seguridad de software de la forma de realizacion a modo de ejemplo permite conmutar entre el modo ASIL B y el modo ASIL C o D. En el caso de un modo ASIL mas alto han de procesarse o vigilarse en el 30 primer modulo de base 202 adicionalmente las senales de entrada del segundo modulo de base 204. Es ventajoso ademas de ello, cuando el circuito de desconexion del segundo modulo de base 204 puede ser activado a traves de su sistema de actuadores a traves de salidas del primer modulo de base 202.
Arquitectura de hardware
Sistema de sensores
35 En la figura 2 se representa una ilustracion de una combinacion a modo de ejemplo de dos modulos ASIL B dando lugar a un modulo ASIL C o ASIL D. El primer modulo de base 202 ha de poder leer las senales de sensor del segundo modulo de base 204. Esto puede ocurrir o bien a traves de un segundo bus del sensor 214 del segundo modulo de base 204 o por ejemplo, a traves de la conexion CAN entre los dos modulos de base 202, 204, funcionando el sistema de logicas 216 del segundo modulo de base 204 como “pasarela”. En una forma de 40 realizacion preferente esta previsto que mediante medidas adicionales quede asegurado, que esta “pasarela” no pueda falsear de incognito las senales.
Para la medicion de la corriente, una combinacion de este tipo de los dos modulos de base 202, 204 tiene la ventaja, de que es suficiente un sensor de corriente por modulo de base 202, 204. Para ASIL B se somete a un control de plausibilidad cada sensor 104, 214 de manera individual, para ASIL C o ASIL D sirve el valor de corriente del 45 segundo modulo de base 204 como valor de redundancia.
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Para la medicion de la tension esta prevista en una forma de realizacion a modo de ejemplo, igualmente una version reducida, en la cual no todas las tensiones de celda se transmiten desde el primer modulo de base 202 al segundo modulo de base 204, sino que por ejemplo, a traves de un componente adicional en el sistema de logica de sensores del segundo modulo de base 204 solo se transmiten los valores mlnimos y maximos de las tensiones (o de otros valores de medicion). Estos se vigilan entonces en lugar de una redundancia completa como valores de control de plausibilidad a traves del sistema de logicas 106 redundante del primer modulo de base 202.
Para la medicion de la tension y de la temperatura serla concebible tambien una version ampliada, en la cual el sistema de sensores 304, 314 (CSC = Cell Supervisor Circuit, circuito supervisor de celda) se presentase de forma redundante, como se representa en la figura 3. En esta forma de realizacion a modo de ejemplo se evalua respectivamente un recorrido de senal 318, 320, 322, 324 del primer modulo de base 202 y del segundo modulo de base 204.
Sistema de logicas
La evaluation de las senales se produce a traves de logicas redundantes 106, 216. De esta manea es posible un ASIL mayor con respecto a las funciones de seguridad, por ejemplo, en el caso de la vigilancia de superaciones de valores umbral.
Basicamente es concebible en este caso una arquitectura maestro-esclavo 400, en la cual una de n logicas funciona como maestro 416, que lleva a cabo la evaluacion redundante de las senales de sensor de al menos una parte, pero preferentemente de todos los demas esclavos 406 (comparese la figura 4). Al menos en el caso de la logica que funciona como maestro 416, puede tratarse de un dispositivo de control.
En el caso de esta forma de realizacion a modo de ejemplo, se produce una desconexion directamente a traves de uno o varios actuadores 408 o adicionalmente a traves de una solicitud de desconexion a los esclavos 406 a traves de un bus de comunicacion conector.
Sistema de actuadores
Para garantizar un ASIL alto en el sistema de actuadores (desconexion a traves de interruptor principal) este ha de estar configurado de forma suficientemente redundante y/o su funcionalidad ha de asegurarse a traves de diagnosticos. Esto puede realizarse por ejemplo, mediante un test de circuito de desconexion, como en el caso de sistemas EGAS (EGAS = Elektronisches Gaspedal, sistema de acelerador electronico).
Cuando la desconexion desde el primer modulo de base 202 puede controlar tambien el sistema de actuadores (interruptor principal) del segundo modulo de base 204, esta previsto en una forma de realizacion preferente, que dependiendo de la proportion de fallos del sistema de actuadores, este se reduzca por cada modulo de base 202, 204 a un interruptor principal. Para ASIL B puede ser suficiente un interruptor principal, lo cual conducirla a una reduction de costes. Para ASIL C y D habrlan a disposition no obstante entonces, en el caso de combinaciones de dos modulos de base 202, 204, dos interruptores principales, con lo cual se asegurarla una redundancia.
La invention no se limita en su forma de realizacion a los ejemplos de realizacion preferentes indicados anteriormente. Es concebible mas bien una cantidad de variantes, que hace uso de la arquitectura de seguridad segun la invencion, de la baterla segun la invencion y del vehlculo de motor segun la invencion tambien en el caso de realizaciones basicamente de otro tipo.

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. Arquitectura de seguridad para al menos dos baterlas, comprendiendo cada baterla respectivamente al menos una celda electroqulmica (102), y estando combinadas las al menos dos baterlas respectivamente con al menos una unidad de procesamiento de datos dando lugar respectivamente a un modulo (202, 204), estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera que mediante la al menos una unidad de procesamiento de datos de al menos un primer modulo (202, 204) se procesan senales de entrada de al menos un segundo modulo (204, 202), pudiendo activarse un circuito de desconexion del al menos un segundo modulo (204, 202) mediante senales de salida del al menos un primer modulo (202, 204).
  2. 2. Arquitectura de seguridad segun la reivindicacion 1, estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera que las senales de entrada son suministradas por al menos un sensor (104, 214, 304, 314) del al menos un segundo modulo, y el al menos un primer modulo esta conectado a traves de un bus con el al menos un sensor (104, 214, 304, 314).
  3. 3. Arquitectura de seguridad segun una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera que se realiza una evaluacion de las senales de entrada mediante unidades de procesamiento de datos redundantes.
  4. 4. Arquitectura de seguridad segun la reivindicacion 3, estando configurada la arquitectura de seguridad de tal manera que un modulo obtiene las senales de entrada de todos los demas modulos y evalua las mismas de forma redundante.
  5. 5. Arquitectura de seguridad segun una de las reivindicaciones anteriores, presentando cada modulo exactamente un sensor de corriente y sometiendose cada sensor de corriente de forma individual a un control de plausibilidad o sirviendo para el control de plausibilidad de un valor de corriente de un primer modulo un valor de corriente del sensor de corriente de al menos un segundo modulo como valor de redundancia.
  6. 6. Arquitectura de seguridad segun una de las reivindicaciones anteriores, existiendo al menos una parte de los sensores (304, 314) en al menos una parte de los modulos de forma redundante y evaluandose un recorrido de senal (318, 324) de un sensor (304, 314) por un primer modulo y un recorrido de senal (320, 322) de un sensor (304, 314) presente de forma redundante por un segundo modulo.
  7. 7. Arquitectura de seguridad segun una de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo cada modulo exactamente un sistema de actuadores y alcanzandose la redundancia del sistema de actuadores porque el sistema de actuadores del al menos un segundo modulo puede ser controlado mediante senales de salida del al menos un primer modulo.
  8. 8. Baterla, que esta combinada con una arquitectura de seguridad segun una de las reivindicaciones 1 a 7.
  9. 9. Vehlculo de motor con un motor de accionamiento electrico para accionar el vehlculo de motor y una baterla segun la reivindicacion 8 unida con el motor de accionamiento electrico.
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