CN103931045B - 用于在电池组中传输数据的方法 - Google Patents

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Abstract

用于在电池组（10）中传输数据的方法以及电池组（10）被提出，所述电池组包括多个电池（12、14、16），其中用于记录至少一个参数的至少一个电子单元（30）分别被分配给所述电池（12、14、16）中的至少一个，并且所述至少一个电子单元（30）将至少一个参数传输到控制设备（20），其中CDMA方法被用于所述传输。

Description

用于在电池组中传输数据的方法
技术领域
本发明涉及用于在电池组、例如机动车的电池组中传输数据的方法，并且特别是涉及在传感器节点和中心控制设备之间的传输方法以及传感器节点和控制设备的合适的设计。
背景技术
为了监控车辆的运行以及因此为了保障车辆的功能能力，数据在机动车中的传输是重要的。在此通常由电子单元、诸如传感器在机动车中的不同位置处记录测量参数或值并且向一个控制设备或向多个控制设备转发。在此可以规定，特别适配的控制设备被分配给机动车的确定的组件、诸如发动机或电池组。例如被构造为微芯片的电子单元在此是网络或复合体中的传感器节点。
多个通常同样的原电池的联接被称为电池组。该电池组是电化学蓄能器和能量转换器并且被设置用于输出电能。在电池组中，在放电时所存储的化学能通过电化学反应被转换为电能。电池组的可以并联或串联的电池被布置成所谓的包或模块。一个或多个该模块串联或并联地构成电池组。
在所谓的电池中，在不可再充电的一次电池和可再充电的二次电池之间进行区分。可再充电的电池组也被称为具有蓄电池单元的蓄电池。在下文中，电池组不仅被理解为不可再充电的电池组而且被理解为可再充电的电池组。
在机动车中，一方面所谓的起动器电池组被用于为内燃机的起动机提供电流，该起动器电池组例如作为铅蓄电池被构造。除了起动机的供电之外，该电池组也为车辆中的其它的耗电器供电。为了起动内燃机，短时间地需要高的电流，所述电流即使在低的温度下也必须被提供。另一方面，电池组在机动车中、在所谓的电动车辆中被用作用于驱动车辆的能量源。这些电池组也被称为牵引电池组。
无论如何需要的是，定期地或甚至连续地监控车辆中的电池组的功能能力，以便保障机动车的安全的运行。为此记录电池组的特征参数或运行参数、诸如充电状态、温度、压力、特别是电池内部压力、电流、阻抗等等。
在用于混合动力和电动车辆的蓄电池包的结构中，多个、通常6到12个电池被包装成一个电池组模块并且多个、通常10到20个该模块被接合成总电池组。
每个模块经常包含用于监控包含在该模块中的电池特征值、诸如电池温度、电池电压、电池内部压力、电池电流、电池阻抗等等的自己的电子系统（CSC-Cell SupervisorCircuit（电池监控电路））。这一方面要求用于电池电压测量的在CSC和模块之内的每个电池极之间的连接电缆，并且此外要求到其它的、例如被设置用于记录温度和/或压力并且被安置在电池上或中的电子单元或传感器的多芯的连接电缆。此外，在所有的CSC和电池组管理系统的中心控制设备（CPU）之间需要多芯的电缆连接、诸如LIN总线。
从文献DE 10 2009 036 086 A1中已知用于具有多个电池的电池组的监控电子设备。所描述的监控电子设备具有多个被固定在柔性电路板上的电池监控电路。到其它电池组模块、电池组管理系统或另外的组件的接口也被施加在柔性电路板上。
发明内容
在该背景下，根据权利要求1的用于在机动车的电池组中传输数据的方法以及具有权利要求11的特征的电池组被提出，其中该电池组被设计用于执行该方法。扩展方案由从属权利要求和说明书中得出。所描述的方法是CDMA方法的扩展和优化。
利用所提出的方法，可以在无需附加的电缆敷设的情况下传输所有电池的参数、即特征参数和测量参数或物理参数。例如温度作为参数被记录。该参数/温度或该参数/温度的值然后根据所提出的方法被传输。附加地，可以可选地取消CSC。这节省成本并且能够实现单个电池温度测量，该单个电池温度测量至今由于成本原因没有被执行。
可以实现所提出的方法所利用的电池组包括多个电池，其中用于记录参数的至少一个电子单元分别被分配给所述电池中的至少一个。要传输的参数可以以发射器的基频被传输。在所进行的传输之后，所传输的参数或信息通过控制设备中的频率估计器被重新获得。经常在传输时可以放弃较高的协议层。
一种应用可以是例如在电动车辆中经常所需的电流传感器、例如分流电阻或霍尔传感器的测量信号的传输。
所描述的方法能够在扩展方案中实现例如在电动车辆中在蓄电池包中的传感器节点和中心控制设备或控制器之间的测量值检测和测量值传输。该传输可以包括传感器测量值、诸如电池温度、电池电压、电池内部压力、电池电流、电池阻抗等等以及例如用于电池平衡的控制器指令。
为了执行所提出的方法，电子单元（传感器节点）在至少一个要监控的电池之内被分配。在扩展方案中，每个电池被分配一个电子单元。该电子单元可以与该电池接触、例如在该电池上或中。这特别是能够实现该传感器节点与中心控制设备的通信，如下面还要被叙述的。在该通信中，通常不进行大量的传感器节点之间的同步。代替于此，每个服务器节点同时将其数据发射给控制设备，在该控制设备那里这些数据随后又被分离并且被分配给每个电池。此外，该传输可以通过存在的供电线路或母线实现。
电子单元或传感器节点测量电池的特征值（电池温度、电池电压、电池内部压力、电池电流、电池阻抗等等）并且也可以可选地执行电池平衡（cell balancing）。该传感器节点在此可以为了能量供应在通常密封封闭的电池壳体之内连接到电池的正极和负极上。测量值从传感器节点被耦合输入到该连接上。这可以例如直接地或通过电容或电感耦合实现。由此一方面取消来自电池壳体的连接电缆的花费大的密闭的执行、一般地信号线路的必要性以及还有CSC的使用的必要性。代替于此，电子单元直接与中心控制设备（CPU）进行通信。
码分复用方法（CDMA：Code Division Multiple Access（码分多址））被用于传输数据。这是复用方法，该复用方法能够在共同的频率范围上实现不同的有效数据流的同时的传输。该共同被利用的频率范围在此作为重要的特性具有比有效数据流所占用的带宽更大的带宽。
为了分离并且区分不同的并且通过共同被利用的频带同时传输的数据流，数据流利用特殊的扩展码来编码，其中这些码序列附加地具有确定的特性、如正交性并且在确定的应用中基于伪随机。在接收器侧，通过与扩展码序列的相关，原始的有效数据流相互被分离。在CDMA方法中，实现各个数据流不仅在频域内而且在时域内的叠加。基本上在同步的和异步的CDMA方法之间进行区分。
CDMA传输方法的特点在于，传感器节点的通信同时实现。传感器节点包括例如参考振荡器、例如热振荡器或石英/LC/RC振荡器。替代地，也可以设置例如借助PLL来自从中心控制设备所传输的同步信号（频率信号）的时钟恢复。
根据CDMA方法，以基频的倍数将每个节点明确的码和要传输的测量数据以数字形式注入（eingeprägt）在该基本时钟上。如果振荡器被构造为热振荡器，那么温度信息通过基频“附带地”在该频率的值中模拟地被传输。于是这应该是异步的CDMA方法，因为发射器的基频没有与接收器的时钟同步。代替于此，例如来自石英振荡器或时钟恢复的固定频率也可以被用作基本时钟。恰好在最后的情况下发射器和接收器被同步，这涉及同步的CDMA。替代于传输温度信息作为异步的基频的值，也可以以该方式输送任意的其它的测量值、例如电池电压。
在控制设备/接收器中，可以使用所谓的频率估计器，以便确定传感器节点的在系统起动时未知的发射频率。这些频率估计器为寻找传感器的明确的ID搜索预给定的频率范围。
为了尽可能低成本地保持传感器节点，Sigma-Delta模拟数字转换器可以被用于测量值检测，Sigma-Delta模拟数字转换器的输出位流不是花费大地被抽取而是直接被传输到中心控制设备。
相对于已知的方法，所描述的传输方法的特色在于，在所描述的物理层（physicallayer）“之上”不必使用通信协议并且不必发送数据包。代替于此，传感器信息直接在最低的层面上在没有发射器/接收器和发射器/发射器之间的花费大的同步的情况下、在没有双向的通信的情况下并且在没有其它的通常被使用的通信技术的情况下被传送。附加地，该温度信息可以模拟地以基频被传输并且在接收器中通过频率开关被数字化。同样可能、但不是必要的是，将发射器信号调制到载频上。
所描述的方法基本上可以在所有的应用中被使用，在这些应用中很多温度和电压必须在运行中被测量并且单独敷设电缆将导致高的成本。
本发明的其它优点和扩展方案由说明书和附图中得出。
易于理解的是，上面所提到的和下面还要解释的特征可以不仅以分别所说明的组合、而且以其它的组合或单独地被使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
图1以示意图示出所描述的电池组的实施方案。
图2借助信号变化曲线示出CDMA方法。
具体实施方式
本发明借助一种实施方式在附图中示意性地被示出并且随后参考附图详细地被描述。
在图1中以示意图示出了电池组的一种实施方案，该电池组整体上以附图标记10来表示。在该电池组10中布置有一系列的电池，由于清楚明了的原因只示出了其中的第一电池12、第二电池14和第三电池16。此外，在电池组10中设置有控制设备20，在该控制设备中又布置有中心接收器22。
为了提供通过电池12、14和16所转换的电能，母线24和26被设置为供电线路，所述供电线路在电池组10的端子28上提供电能。为此母线24和26分别与电池12、14和16连接。此外，控制设备20通过母线24和26与电池12、14和16连接，因此控制设备20被供应电能。
此外，在电池12、14和16中的每个电池中分别布置有电子单元30，该电子单元例如被构造为传感器并且用于记录所分配的电池12、14或16的至少一个特征参数。例如可以分别以ASIC来实施的这些电子单元30同样通过母线24和26被供电并且将所记录的特征参数或测量参数或所记录的参数通过母线24和26转交给控制设备20中的中心接收器22。
在所示出的实施方案中，中心接收器22在控制设备20中被实施。替代地，该中心接收器22也可以被布置在控制设备之外并且可以被分配给该控制设备或者也可以被分配给多个控制设备。此外，在所示出的实施方案中，电子单元30与母线24、26连接以便为该电子单元供电并且转交所记录的数据。替代地，电子单元30也可以分别拥有自己的能量供应。在该情况下，所记录的数据也可以无线地、例如通过无线电被转交给中心接收器22。
此外要注意的是，在图1中所示出的实施方案中，电子单元30分别被布置在所分配的电池12、14或16中。替代地可以规定，电子单元30被布置在所分配的电池12、14或16上或附近。在该实施方案中，电子单元30与所分配的电池12、14或16处于接触中。在一种实施方案中，所分配的电子单元在有些电池12、14或16的情况下可以被布置在所分配的电池12、14或16中并且在其它的电池12、14或16的情况下可以被布置在这些电池12、14或16上。布置的选择也可以根据要记录的特征参数来进行。
电池12、14和16在图1中所示出的实施方式中串联地被布置。在一种替代的实施方案中，电池12、14和16相互并联地被布置。
测量值从用作传感器节点的电子单元12、14、16在没有同步的情况下并且因此在很多情况下同时被提供到母线24、26上，以便将这些值传输给控制设备20。从现在起，CDMA方法被用于传输值或数据，该CDMA方法能够实现，在接收器侧并且因此在控制设备中又将数据分离并且分配给有关的电子单元12、14或16。
在图2中示出了解释CDMA方法的信号变化曲线。第一信号变化曲线50示出实际的、应该被传输的数据信号。第二信号变化曲线52示出伪随机码。第三信号变化曲线54示出所传输的信号，该信号在该情况下通过数据信号（变化曲线50）和伪随机码（变化曲线52）的XOR运算得出。该信号根据CDMA方法被传输。

Claims (14)

1.用于在电池组（10）中传输数据的方法，所述电池组包括多个电池（12、14、16），其中用于记录至少一个参数的至少一个电子单元（30）分别被分配给所述电池（12、14、16）中的至少一个，所述至少一个电子单元（30）分别被布置在所分配的电池（12、14、16）中或上或附近并且所述至少一个电子单元（30）将所述至少一个参数传输到控制设备（20），其中CDMA方法被用于所述传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池（12、14、16）中的每一个被分配一个电子单元（30）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个参数通过所述电池组（10）的母线（24、26）被传输。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个参数是温度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中要传输的参数以发射器的基频被传输。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述基频从所述控制设备的同步信号获得。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所传输的参数通过所述控制设备中的频率估计器被重新获得。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中在物理层之上不安放协议。
9.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法被执行用于电池平衡。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中Sigma-Delta模拟转换器被用于检测所述参数，所述Sigma-Delta模拟转换器的位流直接被传输。
11.电池组，特别是用于执行根据权利要求1到10之一所述的方法，具有多个电池（12、14、16），其中用于记录至少一个参数的至少一个电子单元（30）分别被分配给所述电池（12、14、16）中的至少一个，其中所述至少一个电子单元（30）分别被布置在所分配的电池（12、14、16）中或上或附近，其中所述至少一个电子单元（30）与控制设备（20）连接，以便借助CDMA方法将所述至少一个参数传输给所述控制设备（20）。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中所述控制设备（20）被集成在所述电池组（10）中。
13.根据权利要求11或12所述的电池组，其中所述至少一个电子单元（30）与所述电池（12、14、16）接触地被布置。
14.根据权利要求11或12所述的电池组，其中所述电池组（10）的母线（24、26）用于传输。
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