电池系统和用于在电池系统内进行数据传输的方法

文档序号:9329085阅读:400来源:国知局
电池系统和用于在电池系统内进行数据传输的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在具有电池的电池系统内进行数据传输的方法,所述电池包 括多个通过单元连接器彼此电连接的电池单元、尤其是电池单池,以便在电池的端子处提 供能量。
[0002] 本发明还涉及这种电池系统和具有这种电池系统的机动车。
【背景技术】
[0003] 对于将来的电动汽车和混合动力汽车、尤其是对于电动两轮车、电动机动车和具 有混合驱动装置的定线公共汽车而言,在锂-离子-牵引用电池的结构内可能会采用具有 多个层级面的十分复杂的架构。为了将来可靠的设计,需要创新的方法,以便将复杂度分配 到各个层面上。在功能层面上,这通过在不同的层级面上设置用于电池监视和电池控制的 不同机构来实现,例如在单池层面上进行状态监视、在较高级的层面上进行电压控制和分 布式地在不同的平面上进行电荷平衡(平衡)。
[0004] 对于在控制器和各电池单池及必要时附加的功率开关和传感器之间的通信来说, 根据功能情况对主要特征、如传输率和耐用性存在不同的要求,因而针对于牵引用电池的 各层级面要考虑采用不同的方法。
[0005] US 2012/112685A公开了一种具有电池的电池系统,其中,各单池管理单元配设有 通信单元,这些通信单元与主控制器无线地通信。
[0006] US 2010/019732A介绍了一种电池的电池控制系统,其中,为了控制电池电压,传 感器控制器与主控制器无线地或通过线路彼此通信。

【发明内容】

[0007] 对用于在具有电池的电池系统内进行数据传输的方法而言,所述电池包括多个通 过单元连接器彼此电连接的电池单元,以便在电池的端子处提供能量,规定:至少几个电池 单元、控制器和/或执行器单元配设有通信单元,并且通信单元的通信至少部分地通过单 元连接器实现并且多维地实现。
[0008] 多维的通信在此指的是,发送的信号在多个接收路径上从发送装置传输给接收装 置。在此,例如可以在同一时间以相同的频率发送和/或接收多个信号状态(符号)。相比 于一维的传输,在多维传输中有利地要么可以在相同的频率范围内以近乎相同的接收质量 传输多个数据(多输入多输出(Mnro)法),要么可以在相同数据传输率的情况下提高通信 媒介的传输可靠性和可用性(分路-接收和空-时-编码(Space-Time-Coding))。
[0009] 根据本发明所提出的至少部分地通过单元连接器进行的通信也称为供电线通信 (电力线-通信)。在此优选地,将高频信号调制(ai4>ragen)到供电线上。由于高频范围 内有衰减效应,在低频范围内会由变换器引起干扰,所以在此考虑I-IOOMHz的典型的频 率范围。使用的带宽主要通过所用的传输率来限定,并且根据应用情况优选地位于IOkHz 至IOMHz的范围内,其中,可以采用扩频(例如借助于码扩频技术、尤其是直接序列扩频 (DSSS)),以便利用较大的带宽以较低的数据传输率传输数据流。因此将利用已有的架构和 已有的拓扑结构在任意的与此相关的通信单元之间进行数据传输。
[0010] 特别是当至少几个单元连接器被构造为电流汇流排尤其是被构造为通常无恒定 功率的大电流汇流排时,多维的通信是有利的。通过多维的通信,既可以考虑信号的传播衰 减,又可以考虑?目号的失真。
[0011] 通信单元的信号输入通常借助于与单元连接器连接的第一接头和与另一单元连 接器连接的第二接头来进行,以电流方向为基准,所述第一接头布置在电池单元、控制器或 者执行器单元之一的前面,以电流方向为基准,所述第二接头布置在其后面。
[0012] 按照第一实施方式,通信的载体或输入参数是电压。在此,每个相关的电池单元、 控制器或者执行器单元的并联的联接部通过三个接头来实现,其中,第三接头接地。以电压 的形式输入和输出信号,这些电压被表示为相对于参考电位的电位差。在此通过接地连接 给出参考电位。第一电压仏在此表示第一接头和第三接头之间的电位差,而第二电压1] 2则 表示第二接头和第三接头之间的电位差。通信单元上的信号使用U1U)和U2(t)来表示。 第三和第一接头之间的电位差由U 2-U1计算得出。
[0013] 按照另一实施方式,通信的载体或输入参数是电流强度。对于通信的输入参数是 电流强度的这种情况,相关的通信单元的串联联接在电流通路上实现。在该种情况下,^表 示在通到第一接头的电流通路上的电流强度,而I 2则表示在通到第二接头的电流通路上的 电流强度。电流信号可以表示为Mt)和i2(t)。通常情况下,I 2-I1^o,因为由于电池单 元、控制器和执行器单元、尤其是电池单元的固有电容会产生流向电池的接地端的位移电 流。对于串联联接的情况,也可使用两个信号维度。
[0014] 串联联接和并联联接这两种方法可以任意组合。因此,按照另一实施方式,在电池 系统中无论是电压还是电流强度都被用作通信的载体。针对每个通信单元都输入和输出两 个信号,这些信号都被理解为二维的信号。视电池和电池单元的扩展情况而定,可考虑采用 多个输入点和输出点。
[0015] 按照一个优选的实施方式,采用矩阵式的信道脉冲响应来进行多维的通信。在此, 具有向量式的输入信号s(t) = [Sl(t) s2(t)]T、向量式的输出信号e(t) = [ei(t) e2(t)] T、矩阵式的信道脉冲响应h(t) = [hn(t) h12(t) ;h21(t) h22(t)]和向量式的干扰信号n(t) =[njt) n2(t)]1^从电池的任意位置到另一位置的传输可以表示为矩阵式的卷积(符号 "*',),
[0016] e (t) = h (t) * s (t)+n (t) ·。
[0017] em(t) = hml(t) * s2(t)+nm(t),m ε {1,2},其中,无噪声的接收信号 用e' (t) = h(tK s (t)来表示。在此,算符T表示矩阵或向量的转置,而*则表示卷积运 算。针对传输可以利用传输信号的该表达式,以便相比于一维的传输要么在相同的频率范 围内以近乎相同的接收质量传输多个数据(多输入多输出(M頂0)法),要么在相同数据传 输率的情况下明显提高通信媒介的传输可靠性和可用性(分路-接收)。
[0018] 在评价具有多个维度的信道特征时,可以由矩阵式的信道脉冲响应来识别出拓扑 特性。特别地,可识别出由于结构上的变化或机械的移动而引起的变化。由此可以为了诊 断而识别出干扰方式。
[0019] 按照一个优选的实施方式,待传输的信号的能量通过发送向量V= [V1 V2]τ分配 到通信的多个维度上。发送信号S (t) =VU (t)基于已有的一维的原始-信号U (t)而产 生。为了将信号的能量有利地分配到多个信号路径上,对发送向量V= [V1 V2]T进行优化。 为了简化,发送向量在此使用标量的加权因子来表示,但是,通常也可以由相应的前置滤波 器脉冲响应v(t) = [Vl(t) v2(t)]T构成,于是,为此发送信号如下地由各分量的卷积构成: S (t) = V ⑴ * U ⑴·。
[0020] 在接收多维的接收信号e(t)时,在接收器内各个分量ejt)又通过合适的加权组 合在一起。此外,通过这种预处理可以实现将现有的用于一维信号的接收器用来解调和检 测。分量在接收器内的组合通常通过多维的合适的滤波器(匹配-滤波器)采用脉冲响应 w(t) = [Wl(t) w2(t)]来进行。由此得到经预处理的接收信号z(t) =w(tre(t),,然后, 该接收信号可以在现有的用于一维
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