CN107534187A - 用于与电池组电池通信的装置和方法以及电池组电池、电池组模块、电池组、电池组系统和运输工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于与电池组电池（10；101，...10n）通信的装置，其特征在于用于与所述电池组电池（10；101，...10n）无线地交换数据的通信设备（144，154，241，...24n），涉及一种电池组电池、一种电池组模块、一种电池组、一种电池组系统、一种运输工具以及一种方法。
Description
背景技术
可预见的是，不仅在静止应用的情况下、例如在风力发电装置的情况下，而且在移动应用的情况下、例如在电动车辆（electric vehicles，EV）、混合动力车辆（hybridelectric vehicles，HEV）或插电式混合动力车辆（plug-in hybrid electric vehicles，PHEV）的情况下，作为可再充电的电能存储器（EES，electro-chemical storage system（电化学存储系统）, ESS）增多地使用例如具有锂离子蓄电池的新型电池组系统或电池组模块。
电池组系统包括多个电池组电池、例如圆柱形或棱柱形电池组电池或者具有电极绕组的电池组电池（电池组电池绕组、电池绕组、果冻卷（Jerry Roll），JR）。电池组电池可以串行地（Serie）接线，以便提高电压，和/或并行地接线，以便提高最大电流和容量。因此，电池组电池可以被联合成电池组模块或电池组单元。在用于驱动运输工具的情况下，例如可以将大约100个电池组电池（作为牵引电池组）串行地或者并行地接线。
为了构造电池组系统，可以应用相对复杂的结构。在此，可以使复杂性分布到不同层面上。为了电池组监视和/或电池组调节，可以使不同机制分布到不同分级层面上，例如：在电池层面上的状态监视；在更高层面、如模块层面、电池组层面或系统层面上的电压调节和/或分布到多个层面上的负载分布（平衡）。
为了运行电池组系统，在电池组系统中需要例如在控制装置、如控制设备或电池组管理系统（battery management system，BMS）与电池组电池和/或另外的设备、如传感器设备、功率电子设备和开关设备之间的通信。在此，为了降低成本，可以将功能分散并且转移到被集成到电池组电池中的本地处理设备、如专用集成电路（application-specificintegrated circuits，ASICs）中。由此，根据功能存在尤其是对通信的传输率和稳健性的不同要求。为了通信，需要电池组系统的部件的联网。在此，尤其是在高压电池组系统的情况下可能需要部件的电流解耦。
因此，为了实现电池组系统的部件的电流解耦，需要提供用于与电池组电池通信的改进的装置和改进的方法。
发明内容
具有独立权利要求的特征的根据本发明的装置和方法具有以下优点：可以取消到电池组电池的电和机械连接。由此可以取消薄弱位置或潜在缺陷位置、如壳体引线。此外，可以提高安全性。此外，可以降低对部件在电流解耦方面的要求。此外，可以简化构造和制造、例如安装。因此可以降低诸如部件成本和制造成本之类的成本。
本发明的有利的实施方式在从属权利要求中予以描述。
适宜地，通信设备可以包括天线、例如磁性天线或电性天线。由此，可以简化装置的构造和制造。因此，可以降低诸如制造成本和废料处理成本之类的成本。此外，可以简化电池组系统的构造。
适宜地，该装置可以被构造为用于借助于电磁波进行识别（radio-frequencyidentification（射频识别）, RFID）的装置、如RFID接收器（RFID-receiver）、RFID发送器（RFID-transmitter）或者RFID应答发送器（transmitter responder（发送器应答器），transponder，转发器）。
适宜地，转发器可以被构造为无源转发器，该无源转发器从外部从该装置的场中取得为了通信和执行内部过程所需的能量。由此，可以取消转发器中的电源。
适宜地，转发器可以被构造为有源转发器，该有源转发器从转发器中的电源取得为了通信和执行内部过程所需的能量。由此可以提高通信的作用距离。
适宜地，该通信可以借助于近场通信（near-field communication，NFC）进行。由此可以使用现有部件。因此可以降低研发时间和/或诸如研发成本和制造成本之类的成本。此外，可以提高安全性和/或可靠性。
适宜地，近场通信可以以无连接的方式进行。由此，可以简化该装置的构造。
适宜地，近场通信可以以有连接的方式进行。因此，可以进一步提高安全性。
此外，本发明提供一种电池组电池，该电池组电池包括之前所描述的装置。
此外，本发明提供一种电池组模块，该电池组模块包括之前所描述的装置或者之前所描述的电池组电池。
此外，本发明提供一种电池组，该电池组包括之前所描述的装置、之前所描述的电池组电池或者之前所描述的电池组模块。
此外，本发明提供一种电池组系统，该电池组系统包括之前所描述的装置、之前所描述的电池组电池、之前所描述的电池组模块或之前所描述的电池组。
此外，本发明提供一种运输工具、尤其是机动车辆、如电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆或者电动摩托车（Elektro-Bike（电动车），E-Bike）、电动自行车（PedalElectric Cycle（脚踏电动自行车），Pedelec）、如电动船或潜水艇（U-Boot）之类的船舶、航空器或航天器，该运输工具包括之前所描述的并且与该运输工具连接的装置、之前所描述的并且与该运输工具连接的电池组电池、之前所描述的并且与该运输工具连接的电池组模块、之前所描述的并且与该运输工具连接的电池组或者之前所描述的并且与该运输工具连接的电池组系统。
此外，本发明提供相应的方法。
处于本发明的范围内的是，不一定以所描述的顺序来实施方法步骤。在另一实施方式中，方法步骤也可以是彼此交错的（Interleaving）。
此外可能的是，可以将所描述的方法的各个片段构造为各个可供出售的单元并且将该方法的剩余片段构造为其它的可供出售的单元。这样，例如可能的是，模块在其侧包括不同子模块。
附图说明
本领域技术人员从随后参考附图对示例性的、然而不应被解释为限制本发明的实施方式的描述中可以看出本发明的另外的特征和优点。
图1示出根据本发明的该实施方式的电池组电池10的示意性透射图，以及
图2示出根据本发明的该实施方式的电池组系统100的示意性透射图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的该实施方式的电池组电池10的示意性透射图。
电池组电池10包括电池组壳体110和电池组盖112。电池组壳体110和/或电池组盖112例如可以包括塑料或顺磁金属、如铝。电池组壳体110的内部可以沿着与基本上平行于电池组盖112或电池组壳体110的壳体底部伸展的平面被划分成：内部或里面区域或部分112，在该区域或部分中布置有电池绕组130形式的电池化学物质（Zellchemie）；以及外围或外部区域或部分124，该区域或部分相对于电池组电池10的根据规定的或正常的位置被布置在内部区域122之上或上方。电池组电池10此外包括负电池组电池端子（端子）1321和正端子1322，所述端子分别从电池绕组130的内部延伸直至穿过电池组盖112。
此外，电池组电池10可以包括内部处理装置140，该内部处理装置在内部区域122中如图1中示例性示出的那样布置在电池绕组130之上或上方。内部处理装置140包括：第一处理设备142，该第一处理设备例如可以被构造为微处理器或微控制器；用于通信的第一接口设备或通信设备144，该第一接口设备或通信设备例如可以被构造为天线设备；以及第一检测设备，这些第一检测设备例如可以被构造为用于检测测量值、如电压测量值、电流测量值和/或温度测量值的传感器设备、如集成的第一温度传感器设备1461或远离的第二温度传感器设备1462，该第二温度传感器设备如图1中示例性示出的那样可以布置在电池绕组130之内。由于传感器设备可以布置在电池绕组130中或处，因此该检测例如可以在精确度、分辨率和速度方面被改进。内部处理装置140可以包括另外的设备、例如第一存储器设备、如易失性存储器或非易失性存储器。内部处理装置140可以被构造在第一载体上、例如第一电路板上。第一载体可以被构造为柔性的和/或包括塑料。内部处理装置140可以例如从电池绕组130或内部处理装置140此外包括的第一能量存储器、如可再充电的能量存储器提取，通过第一接口设备或通信设备144或者通过第一电感和/或电容耦合设备接收，或者借助于第一能量采集设备（energy harvester（能量采集器））从诸如振动能之类的机械能生成用于工作的电能。内部处理装置140可以在低层面上实现功能、例如保护功能，并且借助于第一接口设备或通信设备144与中间层面和/或更高层面通信。
此外，电池组电池10可以包括外围处理装置150，该外围处理装置在外围区域124中如图1中示例性示出的那样布置在内部处理装置140之上或上方。内部处理装置150包括：第二处理设备152，该第二处理设备例如可以被构造为微处理器或微控制器；用于通信的第二接口设备或通信设备154，该第二接口设备或通信设备例如可以被构造为天线设备；以及第二检测设备，这些第二检测设备例如可以被构造为用于感测或用于检测测量值、如电压测量值、电流测量值和/或温度测量值的传感器设备、如第三温度传感器设备156。外围处理装置150可以包括另外的设备，例如第二存储器设备、如易失性存储器或非易失性存储器，或者用于致动或接通、关断、切换和/或接入电池组电池10的开关设备158，该开关设备例如可以被实现为功率电子设备。外围处理装置150可以被构造在第二载体上、例如第二电路板上。第二载体可以被构造为柔性的和/或包括塑料。外围处理装置150可以例如从外围处理装置150此外包括的第二能量存储器、如可再充电的能量存储器提取，通过第二接口设备或通信设备154或者通过第二电感和/或电容耦合设备接收，或者借助于第二能量采集设备从诸如振动能之类的机械能生成用于工作的电能。内部处理装置140可以在中间层面上实现另外的或其它的功能、例如控制功能或针对充电状态（State of Charge，SoC）和/或健康状态（State of Health，SoH）的确定功能并且借助于第二接口设备154与低层面和/或更高层面通信。
因此，电池组电池10具有多级构造并且适合于联网。由于信息可以在内部和/或在外围地、即在本地被处理，因此可以减小通信和/或中央处理的量。
图2示出根据本发明的该实施方式的电池组系统100的示意性透射图。
电池组系统100包括多个n个电池组电池101、...10n以及用于将电池组电池101、...10n 或端子1321、1322彼此电连接的多个n-1个电池连接器3012、3023、...30（n-1）n。电池组电池101、...10n 可以分别对应于关于图1所描述的电池组电池10。电池组电池101、...10n 可以如图2中示例性示出的那样在物理上彼此串联。电池组系统100此外包括两个电池组系统连接端子301、30n以用于电池组系统100的电连接。
电池组系统100此外包括：通信装置21，该通信装置相对于电池组电池101、...10n的根据规定的或正常的位置被布置在电池组电池101、...10n或内部处理装置140和/或内部处理装置150之上和/或上方；以及控制装置28，该控制装置可以通过上级通信连接29与上级装置连接以用于控制电池组系统100。
通信装置21包括用于与处理装置140、150中的一个或多个通信的第一接口设备或通信设备241、例如天线设备，该第一接口设备或通信设备通过第一系统内部通信连接231与控制装置29连接。此外，通信装置21可以包括用于控制电池组电池101、...10n 中的一个或多个的第一控制设备221。第一控制设备221可以如图2中示例性示出的那样被分配给第一通信设备241。此外，通信装置21可以包括用于与处理装置140、150中的一个或多个通信的第二或多个另外的接口设备或通信设备242、24n。此外，通信装置21可以包括用于控制电池组电池101、...10n 的第二或多个另外的控制设备221、22n。控制设备221、...22n可以如图2中示例性示出的那样分别被分配给通信设备241、...24n之一。通信装置21可以被构造在第三载体上、例如第三电路板上。第三载体可以被构造为柔性的和/或包括塑料。替代地，第一通信设备241可以或通信设备241、...24n可以被布置并固定、例如粘附在电池组电池101、...10n 或电池组盖112上。
在此，可以通过有利地设计几何尺寸、例如接口设备144、154与通信设备241、...24n之间的小距离来实现用于传输通信和/或能量的高效率和/或由于干扰造成的小的通信故障。接口设备144、154和通信设备241、...24n的天线设备例如可以被构造为磁性天线、如平面线圈、或电性天线、如棒状天线或线形天线。
控制装置28可以包括处理设备和/或用于存储指令和/或数据、如测量值的存储器设备。处理设备可以被构造为微处理器或微控制器。存储器设备可以被构造为易失性和/或非易失性存储器。
控制装置28可以在更高层面上实现另外的或其它的功能、例如用于负载分布的控制功能，并且与上级装置以及借助于通信装置21与低层面和/或中间层面通信。
控制设备28可以包括关于电池组系统100的配置的信息（配置信息）。配置信息可以是可调整的，例如可以借助于端子编码或跨接（Steckbrücken）（跳线）以机械方式调整。此外，电池组电池10；101、...10n 例如可以借助于电池组电池标识号（电池ID）被分配。配置信息可以是分别从更高分级层面可询问的。由此可以简化批量生产和/或制造。
电池组系统100可以包括多于一个的控制设备28（多主机系统）。控制设备可以被构造为冗余的。
通信装置21作为通信媒介提供物理层，该物理层保证关于传输数据率R、传输错误频率和传输可用性的足够的传输质量，并且例如借助于循环冗余校验（cyclic redundancycheck，CRC）来识别错误和/或例如借助于信道编码（channel encoding）来校正错误。由此可以实现双向通信，并且每个部件都可以与每个其它的部件通信。
通信媒介可以将消息作为物理信号、如电信号、磁信号、电磁信号、无线电信号、光学信号、光信号、声学信号或者声波、如体声波进行传输。通信媒介例如可以通过蓝牙、无线局域网（WLAN）、ZigBee传输无线信号。通信媒介可以将消息作为下列信号例如直接在基带中或者以调制到载波上的方式进行传输：调制信号、如频率调制（FM）信号、脉冲幅度调制（PAM）信号或者超宽带（UWB）信号、或者复用信号、如码分多址（CDMA）信号、频分多址（FDMA）信号、正交频分复用（OFDM）信号或者时分多址（TDMA）信号。为了传输，物理消息（物理层）的帧可以具有特殊结构，该结构例如具有训练序列、训练信号、同步序列、同步信号、数据序列、数据信号和/或一个或多个另外的元素、如CRC序列。通信媒介可以将消息作为加密信号进行传输。加密的参数化例如可以在电池组系统100的制造期间或者在电池组系统100接通或启动时进行。
电池组系统100可以包括不同的分级层面、例如解耦的分级层面。电池组系统100可以包括在电池组电池附近、在较低层面上的保护功能和并且在较高层面上的控制功能。
电池组系统100可以包括多个电池组模块和/或电池组。
最后注意，诸如“包括”和“具有”等等之类的表达不排除可以设置另外的元件或步骤。所使用的数目仅仅是示例性的，使得多个可以包括两个、四个、五个、六个或更多元件或步骤。此外指出，诸如“一”或“一个”之类的冠词不排除多个。此外注意，诸如“第一”、“第二”等等的数词或序数仅仅用于区分元件和步骤，而在此不规定或限制布置元件或实施步骤的顺序。此外，结合不同实施方式所描述的特征可以任意地彼此组合。最后注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种用于与电池组电池（10；101，...10n）通信的装置，
其特征在于：
-用于与所述电池组电池（10；101，...10n）无线地交换数据的通信设备（144，154，241，...24n）。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
-所述通信设备（144，154，241，...24n）包括天线、磁性天线或电性天线。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中：
-所述装置被构造为RFID装置、RFID接收器、RFID发送器或RFID转发器，
-所述转发器被构造为无源转发器，
-所述转发器被构造为有源转发器，
-所述通信借助于近场通信进行，
-所述近场通信以无连接的方式进行，或者
-所述近场通信以有连接的方式进行。
4.一种电池组电池（10；101，...10n），包括：
-根据权利要求1至3之一所述的装置。
5.一种电池组模块，包括：
-根据权利要求1至3之一所述的装置，或者
-根据权利要求4所述的电池组电池（10；101，...10n）。
6.一种电池组，包括：
-根据权利要求1至3之一所述的装置，
-根据权利要求4所述的电池组电池（10；101，...10n），或者
-根据权利要求5所述的电池组模块。
7.一种电池组系统（100），包括：
-根据权利要求1至3之一所述的装置，
-根据权利要求4所述的电池组电池（10；101，...10n），
-根据权利要求5所述的电池组模块，或者
-根据权利要求6所述的电池组。
8.一种运输工具，包括：
-根据权利要求1至3之一所述的装置，该装置与所述运输工具连接，
-根据权利要求4所述的电池组电池（10；101，...10n），该电池组电池与所述运输工具连接，
-根据要求5所述的电池组模块，该电池组模块与所述运输工具连接，
-根据要求6所述的电池组，该电池组与所述运输工具连接，或者
-根据要求7所述的电池组系统（100），该电池组系统与所述运输工具连接。
9.一种用于与电池组电池（10；101，...10n）通信的方法，
其特征在于：
-提供用于与所述电池组电池（10；101，...10n）无线地交换数据的通信设备（144，154，241，...24n）。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
-所述通信设备（144，154，241，...24n）包括天线、磁性天线或电性天线。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中：
-所述装置被构造为RFID装置、RFID接收器、RFID发送器或RFID转发器，
-所述转发器被构造为无源转发器，
-所述转发器被构造为有源转发器，
-所述通信借助于近场通信进行，
-所述近场通信以无连接的方式进行，或者
-所述近场通信以有连接的方式进行。
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