用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒ê驮O備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過電池引線(104)進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?200)，其中該數(shù)據傳輸被至少一個干擾脈沖(400)干擾，其中該方法(200)具有通過電池引線(104)發(fā)送和/或接收(202)至少一個數(shù)據包(402)的步驟，其中該數(shù)據包(402)以對干擾脈沖(400)時間偏移地被發(fā)送和/或接收。
【專利說明】用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒ê驮O備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?、一種相應的設備和一種儲能器以及一種相應的計算機程序產品。

【背景技術】
[0002]DE 10 2009 036 086 A1描述一種用于電池的電子監(jiān)視裝置。


【發(fā)明內容】

[0003]在該背景下，利用本發(fā)明根據獨立權利要求介紹一種用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?，另外介紹一種使用本方法的用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)脑O備，和一種具有相應設備的儲能器以及最后介紹一種相應的計算機程序產品。有利的設計方案從各從屬權利要求和后面的說明書得出。
[0004]在電導線上能夠傳輸能量和信息。為了能夠接收信息，需要足夠的信號強度，該足夠的信號強度使得能夠在電導體或者電導線上有別于其它振蕩或者信號地識別所述信息。
[0005]本發(fā)明基于以下認識，即能夠有利地在干擾信號或者振蕩之間的空隙內發(fā)送和/或接收數(shù)據塊。
[0006]通過在空隙內的發(fā)送能夠以小的信號電平發(fā)送數(shù)據。在其內在導線上不出現(xiàn)于擾信號的時間間隙內，信噪比是非常大的，使得在技術上能夠通過該導線非常簡單地和錯誤少地傳輸大量數(shù)據。不管大的干擾振幅仍然能夠通信。由于小的信號電平得出減小的能量需求。用于電池單元內的電子裝置的成本是更小的(ASIC成本)，因為收發(fā)器內不需要大的驅動功率。
[0007]本發(fā)明創(chuàng)造一種用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?，其中該?shù)據傳輸由至少一個干擾脈沖干擾，其中該方法具有下面的步驟:
[0008]通過所述電池引線發(fā)送和/或接收至少一個數(shù)據包，其中該數(shù)據包以對所述脈沖時間偏移地被發(fā)送和/或接收。
[0009]另外，本發(fā)明創(chuàng)造一種用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)脑O備，該設備被構造用于在至少一個相應的裝置內執(zhí)行或者轉換根據本發(fā)明的方法的步驟。通過本發(fā)明的以設備形式的該實施變型也能夠快速和有效地解決本發(fā)明所基于的任務。
[0010]此外本發(fā)明創(chuàng)造一種具有根據在此所介紹的方案的設備的儲能器。
[0011]數(shù)據傳輸可以被理解為兩個儀器、例如接收器與發(fā)送器的通信。所述發(fā)送器可以發(fā)送信號并且所述接收器可以接收該信號。信號可以在雙向上傳輸。在此所述信號可以經過發(fā)送器和接收器之間的距離。電池引線可以是電導體，該電導體被連接到電池的一個極上。所述電池引線可以是傳導直流電的導線。干擾脈沖例如可以是在電池引線上的某個時間窗內的通過電流的強烈的電平變化。干擾脈沖可以包括多個連續(xù)的電平變化或者振蕩。該振蕩能夠被阻尼和衰減。數(shù)據包可以具有預先規(guī)定的長度。數(shù)據包可以包括多個塊。多個數(shù)據包可以連續(xù)地被發(fā)送和/或接收。時間偏移可以是延遲，該延遲在干擾脈沖之后被等待，直到數(shù)據包被發(fā)送和/或接收。儲能器可以是電池或者電池單元。
[0012]設備當前可以被理解為電氣儀器，該儀器處理傳感器信號并且據此輸出控制和/或數(shù)據信號。所述設備可以具有接口，該接口可以以硬件和/或軟件方式被構造。在以硬件方式構造的情況下，接口例如可以是所謂的系統(tǒng)ASIC的部分，該部分包含所述設備的極為不同的功能。然而也可以的是，接口是自身的集成電路，或者至少部分由分立器件組成。在以軟件方式構造的情況下，接口可以是軟件模塊，所述軟件模塊例如在微控制器上除其它軟件模塊之外存在。
[0013]可以使用干擾脈沖的信號電平的預先規(guī)定的極限值來確定所述時間偏移。在干擾脈沖的脈沖尖峰之后可以以該時間偏移等待發(fā)送和/或接收，直到該干擾脈沖已經衰減到極限值以下。由此能夠以小的發(fā)送功率發(fā)送和能夠接收具有低信號電平的數(shù)據包。
[0014]所述時間偏移可以根據干擾脈沖的最大電平來確定。當最大電平大時，時間偏移可以較大。當最大電平小時，時間偏移可以較小。由此時間偏移能夠為發(fā)送和/或接收直接適配于干擾脈沖的波動的振幅。例如可以通過嘗試事先為多個最大電平確定時間偏移的長度。要使用的時間偏移例如可以從表(查閱表)中讀出。時間偏移也可以通過處理規(guī)定來確定。時間偏移可以緊接著最大電平的通過快速地被確定。
[0015]關于時間偏移的信息可以從數(shù)據包中抽出。時間偏移可以通過中央控制單元來控制。為此時間偏移可以向本方法的多個用戶同時傳遞。替代地，可以借助電池導線上的觸發(fā)脈沖觸發(fā)時間偏移。
[0016]所述方法可以具有確定干擾脈沖和另外的干擾脈沖之間的持續(xù)時間的步驟，其中在發(fā)送和/或接收數(shù)據包的步驟中使用時間偏移，該時間偏移不大于該持續(xù)時間。所述另外的干擾脈沖可以是先前的或者隨后的干擾脈沖。通過確定該持續(xù)時間例如可以在兩個干擾脈沖之間的中間發(fā)送和/或接收數(shù)據包。
[0017]所述方法可以具有影響干擾脈沖出現(xiàn)的時間點的步驟。影響可以被理解為觸發(fā)或者控制。例如可以借助觸發(fā)信號觸發(fā)干擾脈沖。由此例如能夠為通信自由地保持預先規(guī)定的時間點。
[0018]所述時間點可以與參考頻率同步。參考頻率可以是系統(tǒng)時鐘。通過干擾時鐘的同步能夠優(yōu)化電池引線上的通信。同樣，發(fā)送和/或接收能夠與參考頻率同步。例如能夠交替地觸發(fā)干擾脈沖和發(fā)送和/或接收。
[0019]也有利的是，具有以下程序代碼的計算機程序產品，即該程序代碼可以在機器可讀的載體、如半導體存儲器、硬盤存儲器或者光學存儲器上被存儲并且當該程序產品在計算機或者設備上被實施時被用于執(zhí)行根據上述實施方式之一的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面借助附圖示例地詳細解釋本發(fā)明。其中:
[0021]圖1示出具有根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)脑O備的電池的圖示；
[0022]圖2示出根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒ǖ牧鞒虉D，該數(shù)據傳輸被干擾信號干擾；
[0023]圖3示出具有根據本發(fā)明的一個實施例的電池的驅動系統(tǒng)的圖示；和
[0024]圖4示出干擾脈沖與中間延遲的數(shù)據包的圖示，所述數(shù)據包借助根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過電池弓I線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒▉韨鬏敗?br> [0025]在本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的隨后的描述中，對于在不同的圖中所示出的和相似作用的元件使用相同的或者相似的附圖標記，其中放棄對這些元件的重復的描述。

【具體實施方式】
[0026]圖1示出具有根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過電池引線104進行數(shù)據傳輸?shù)脑O備102的電池100的圖示。設備102在該實施例中被布置在電池100的電池單元106之內。在圖1中，在電池100之內示范地示出四個串聯(lián)的、相同實現(xiàn)的電池單元106。電池100也可以具有或多或少的電池單元106。在電池單元106內布置有電化學的存儲元件108。存儲元件108具正極和負極，所述正極和負極被引導通過電池單元106的殼。在電池單元106的外面，所述極與直流電導線104連接。在正極和負極之間接入設備102。設備102被構造用于，通過導線104傳輸電池單元106中的數(shù)據。電池單元106中的傳感器和數(shù)據處理裝置未被示出。在該實施例中電池100具有控制儀器110，該控制儀器具有裝置112，該裝置被構造用于，通過根據在此介紹的方案的方法通過直流電導線104與設備102進行通信。例如控制儀器110可以詢問各個電池單元106的單元狀態(tài)?？刂苾x器110和裝置112為此與直流電導線104連接。在該實施例中，控制儀器110在電池100的正極和負極之間接入?？刂苾x器110可以通過電池引線104與電池100外面的另外的儀器進行通信。為此所述儀器同樣可以具有根據在此介紹的方案的設備。
[0027]換句話說，圖1示出一種電池100，在該電池中裝備有電子部件102，用于與干擾源同步地通過電池單元106的電極夾頭或者電流連接導線104交換數(shù)據(電源線通信)。電池100可以作為鋰離子蓄電池、例如作為用于電動車輛(EV)或者混合電動車輛(HEV)的牽引電池100來實施。
[0028]至少在充電和/或放電期間被監(jiān)視的特別是作為EV/HEV的牽引電池的電池100，具有電子部件102，所述電子部件被裝備用于，與干擾源(負載、特別是逆變器或者電動機，特別是在充電/放電中)同步地通過電池單元106的電極夾頭或者電流連接導線104交換數(shù)據。在設備102內實施以下方法，即該方法能夠在電池100內實現(xiàn)這種干擾同步的數(shù)據傳輸。
[0029]該同步可以通過主收發(fā)器110進行。主收發(fā)器110可以有利地但是不強制地被布置在控制儀器內。主機的用于同步節(jié)點下的通信的同步脈沖自身被同步到干擾脈沖之間的停頓上。特別有利的是，為了調節(jié)通信使用TDMA方法，在該TDMA方法中時間協(xié)調地進行節(jié)點的通信。
[0030]每個節(jié)點能夠獨立地使其發(fā)送窗口同步到干擾停頓上。特別有利的是，為了調節(jié)通信使用如CDMA的方法，在該方法中節(jié)點的通信也可以同時或者沒有中央控制地進行。
[0031]所述同步可以在系統(tǒng)層上通過從公共的參考頻率推導用于通信和/或逆變器控制的時鐘來實現(xiàn)。
[0032]于干擾源的同步可以通過自學式設備進行。該設備可以優(yōu)選地被構型為具有前置的濾波器的PLL。由此收發(fā)器的振蕩器借助該PLL與干擾脈沖(并且因此也與停頓)同步地保持。這可以中心地在主機110內或者分開在每個收發(fā)器內進行。
[0033]通信主機110可以根據電池之內的本地的干擾電平波動將特定的通信時隙分配給節(jié)點。由于其位置遭受小的干擾電平的節(jié)點基本上可能獲得在時間上接近干擾脈沖的不適宜的時隙，相反由于其位置遭受大的干擾電平的節(jié)點能夠在無干擾的窗口內分配地得到適宜的時隙，當干擾最大地衰減時，這特別可以是臨近無干擾的時間的末尾的時隙。
[0034]圖2示出根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過引導直流電的導線或者電池引線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?00的流程圖，該數(shù)據傳輸被干擾信號干擾。該方法具有通過導線發(fā)送和替代地或補充地接收至少一個數(shù)據包的步驟202。在步驟202中，數(shù)據包以對干擾信號的干擾脈沖的時間偏移發(fā)送和替代地或者補充地接收。干擾信號的干擾脈沖具有規(guī)律的時間間隔。在所述間隔內導線上的信號電平是低的。在所述間隔內接收和/或發(fā)送至少一個數(shù)據包。干擾脈沖可以由功率組件之內的開關過程所導致，所述功率組件將直流電轉換為交流電或將交流電轉換為直流電。
[0035]換句話說，圖2示出一種用于通過電池內的電源線干擾同步地進行通信的方法200。該方法200能夠在電池之內實現(xiàn)干擾同步的數(shù)據傳輸。在電池中，在分布的電子部件之間的(測量)數(shù)據傳輸通過專用的數(shù)據導線、例如CAN總線進行。電池也可以借助電源線通信(PLC)交換數(shù)據。電池可以具有集成的帶有數(shù)據傳輸?shù)碾姵貍鞲衅鳌Ｍㄐ趴梢耘c諸如逆變器控制的系統(tǒng)時鐘同步。
[0036]圖3示出具有根據本發(fā)明的一個實施例的電池100的驅動系統(tǒng)300的示意圖。電池100通過直流電導線104與逆變器302連接。逆變器302通過三芯導線304與三相電動機Μ連接。電池100的直流電壓在逆變器302內被轉換為三相交流電壓。該三相交流電壓通過三芯導線304被導向三相電動機Μ，在那里該三相交流電壓驅動電動機Μ的轉子。為了逆變器302能夠提供三相交流電壓，直流電壓在多個開關過程中被轉換為三個相位錯開的交流電壓。所述開關過程在此在直流電導線104內引起電流脈沖。電流脈沖具有高的振幅。電池100具有至少一個根據在此介紹的用于通過直流電導線104進行數(shù)據傳輸?shù)姆桨傅脑O備。由此可以放棄自身的數(shù)據導線。借助根據本發(fā)明的一個實施例的方法，在此未表示的控制儀器可以通過直流電導線104詢問例如電池100的狀態(tài)信息，以便監(jiān)視電池100的充電過程以及驅動電動機Μ時的放電過程。為此該設備使用電流脈沖之間的停頓，其間正好不發(fā)生開關過程。為了使用所述停頓，當脈沖的振幅小于閾值時，數(shù)據傳輸例如可以接著該脈沖進行。附加地，可以將停留時間插入到該脈沖和數(shù)據傳輸之間，以便例如規(guī)避該脈沖的下游的尖峰。逆變器302中的開關過程也可以與數(shù)據傳輸協(xié)調。例如當開關過程的重復頻率升高時可以減小數(shù)據傳輸?shù)膲K長。反之開關過程之間的間歇可以具有最小長度，以便可以在停頓中傳輸最小的塊長。開關過程也可以分組被布置，以便產生幾乎沒有停頓的階段，而接著的階段具有較大的停頓。
[0037]電動和混合動力車輛中的牽弓|電池100給逆變器302和(多個)電動機Μ供給能量。兩者，但是特別是逆變器302由于時鐘的工作方式產生強烈的干擾。雖然真正的工作頻率位于千赫范圍內，但是高次諧波直至高兆赫的范圍內發(fā)生。這些干擾能夠干擾和妨礙借助PLC的通信。具有相同作用的時鐘的干擾信號也從電池充電裝置影響到電池100內。例如通過較高的發(fā)送功率能夠使干擾增強。也可以進行多次傳遞，直到(隨機的)無干擾的接收。也可以通過花費大的編碼(冗余)進行通信。
[0038]逆變器302的典型的時鐘頻率位于1和100kHz之間的范圍內。在系統(tǒng)300內在對電池100充電和放電時特別能夠出現(xiàn)不同的頻率。特別已知的是,6和10kHz用于放電(列車運行)和65kHz用于充電。
[0039]圖4示出具有中間延遲的數(shù)據包402的干擾脈沖400之間的通信的圖示，所述數(shù)據包借助根據本發(fā)明的一個實施例的用于通過引導直流電的導線進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒▊鬏?。干擾脈沖400和數(shù)據包402被示出為時間軸上的柱。柱的大小在此代表信號強度，特別是電池導線上的電流。干擾脈沖400具有比數(shù)據包402顯著更大的信號強度。數(shù)據包402和干擾脈沖400具有規(guī)律的間隔，其中分別在兩個干擾脈沖400之間通過導線傳遞一個數(shù)據包402。兩個連續(xù)的干擾脈沖400之間的間隔404對應于逆變器的工作時鐘并且在10kHz的頻率下典型地約為100 μ s。數(shù)據包402具有相等的間隔404，然而與干擾脈沖400在時間上錯開半個間隔404。由此數(shù)據包402盡管振幅小仍然能夠安全地傳輸，因為干擾脈沖400不與數(shù)據包重合。
[0040]通過在此介紹的方案不管出現(xiàn)的干擾仍然能夠借助PLC在電池內進行安全并且可靠的通信。一個重要的方面是數(shù)據包402的傳遞與干擾源的同步，使得在(時間上受限制的、規(guī)律的)干擾脈沖400之間進行傳輸。
[0041]在此介紹的方案一般能夠在所有與逆變器或者相似的時鐘式工作的干擾源連接的電池中應用。
[0042]所描述的并且在圖中所示出的實施例僅示例性地選擇。不同的實施例可以完全或者關于單個的特征互相組合。一個實施例也可以通過另一個實施例的特征補充。
[0043]此外，本發(fā)明的方法步驟可以被重復以及以和所描述的順序不同的順序來實施。
[0044]如果實施例包括第一特征和第二特征之間的“和/或”連接，則這應該這樣理解，即該實施例根據一種實施方式既具有第一特征又具有第二特征，并且根據另一種實施方式或者僅具有第一特征或者僅具有第二特征。
【權利要求】
1.用于通過電池引線(104)進行數(shù)據傳輸?shù)姆椒?200)，其中所述數(shù)據傳輸被至少一個干擾脈沖(400)干擾，其中所述方法(200)具有下面的步驟: 通過所述電池引線(104)發(fā)送和/或接收(202)至少一個數(shù)據包(402)，其中所述數(shù)據包(402)以對所述干擾脈沖(400)時間偏移地被發(fā)送和/或接收。
2.根據權利要求1所述的方法(200)，其中在發(fā)送和/或接收的步驟(202)中使用干擾脈沖(400)的信號電平的預先規(guī)定的極限值確定所述時間偏移。
3.根據上述權利要求之一所述的方法(200)，其中在發(fā)送和/或接收的步驟(202)中所述時間偏移根據干擾脈沖(400)的最大電平來確定。
4.根據上述權利要求之一所述的方法(200)，其中在發(fā)送和/或接收的步驟(202)中從所述數(shù)據包(402)中提取關于所述時間偏移的信息。
5.根據上述權利要求之一所述的方法(200)，具有確定所述干擾脈沖(400)和另外的干擾脈沖(400)之間的持續(xù)時間的步驟，其中在發(fā)送和/或接收數(shù)據包(402)的步驟(202)中使用不大于所述持續(xù)時間的時間偏移。
6.根據上述權利要求之一所述的方法(200)，具有影響所述干擾脈沖(400)出現(xiàn)的時間點的步驟。
7.根據權利要求6所述的方法(200)，其中在影響的步驟中所述時間點與參考頻率同止/J/ O
8.用于通過電池引線(104)進行數(shù)據傳輸?shù)脑O備(102)，所述設備具有裝置(112)，所述裝置被構造用于，執(zhí)行根據權利要求1到7之一的方法(200)。
9.儲能器(100、106)，具有根據權利要求8的設備(102,110)0
10.計算機程序產品，具有當所述程序產品在設備(102)上被實施時用于執(zhí)行根據權利要求I到7之一的方法的程序代碼。
【文檔編號】H01M10/42GK104412612SQ201380027195
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月29日 優(yōu)先權日:2012年5月25日
【發(fā)明者】M·波爾曼, J·施特羅貝爾, F·亨里齊 申請人:羅伯特·博世有限公司