CN111883858A - 电池组单元和在电池组单元中的通信方法 - Google Patents

电池组单元和在电池组单元中的通信方法 Download PDF

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Abstract

电池组单元和在电池组单元中的通信方法。本发明涉及：一种电池组单元（100），其包括中央控制设备（4）和至少两个电池组模块（1‑3），所述中央控制设备和所述至少两个电池组模块以数据技术方式彼此连接，其中在所述电池组模块（1‑3）与所述中央控制设备（4）之间的数据通信构造为光学数据通信，其中每个电池组模块（1‑3）和所述中央控制设备（4）都具有至少一个光学发射器（S1‑S4、S1'‑S4'）和至少一个光学接收器（E1‑E4、E1'‑E4'），所述光学发射器（S1‑S4、S1'‑S4'）被构造为使得所述光学发射器的光学发射功率（P）根据至少一个参数来适配；以及一种在这种电池组单元（100）中的通信方法。

Description

电池组单元和在电池组单元中的通信方法
技术领域
本发明涉及一种电池组单元和一种在这种电池组单元中的通信方法。
背景技术
这种电池组单元通常包括外壳，在该外壳中布置多个电池组模块。这些电池组模块本身具有多个串联和/或并联的电池组电池。接着，这些电池组模块同样串联或并联。接着，相互连接的电池组模块的外部触点构成电池组极。在此，还公知：给这些电池组模块分配测量和控制单元，这些测量和控制单元可以测量电池组电池的电池电压并且必要时测量车辆电池组电池的温度以及可以执行电池平衡。在此，这些测量和控制单元与电池组单元的中央控制设备连接，测量数据被传送给该电池组单元并且从该中央控制设备接收用于电池平衡的控制指令。在此，例如通过CAN、SPI、IsoSPI或I2C总线来进行数据连接。
由于在这种电池组单元中的电流高，可能在电数据通信中发生干扰。
从DE 10 2017 204 138 A1中公知一种电池组单元，该电池组单元包括至少两个电池组模块以及至少两个测量和控制单元，所述至少两个测量和控制单元与至少一个中央控制设备以数据技术方式连接。在此，该数据通信实现为光学自由空间通信，其中这些测量和控制单元分别具有至少一个光学发射器而该中央控制设备具有至少一个光学接收器，其中在这些测量和控制单元与该中央控制设备之间的光学自由空间通信分别在排除其它测量和控制单元的情况下直接实现。
直接的光学自由空间通信的优点是其相对于电磁干扰的鲁棒性以及省去了花费高的布线。相对于以菊花链（daisy-chain）通信为形式的自由空间通信或基于在这些测量和控制单元之间的通信的类似方案的优点是：该光学自由空间通信快得多，尤其是当电池组模块的数目增加时快得多。数据处理也更简单。
不过，可靠的技术实现并不简单。
从DE 10 2009 058 879 A1公知配备有电驱动装置的车辆的电蓄能系统，该电蓄能系统包括多个电组件和数据传输装置，用于从这些组件中的至少一个组件传输数据信号和/或将数据信号传输到这些组件中的至少一个组件，其中这些数据传输装置包括至少一个传输链路，用于进行数据信号传输的电磁辐射。优选地，在此，至少一个传输链路构造为用于进行光学数据信号传输的光波导。
发明内容
本发明所基于的技术问题在于：提供一种电池组单元，其中改善了通信；以及提供一种通信方法。
该技术问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的电池组单元以及具有权利要求10的特征的通信方法得到。本发明的其它有利的设计方案从从属权利要求中得到。
该电池组单元包括中央控制设备和至少两个电池组模块，所述中央控制设备和至少两个电池组模块以数据技术方式彼此连接，其中在这些电池组模块与该中央控制设备之间的数据通信构造为光学数据通信，其中每个电池组模块和该中央控制设备都具有至少一个光学发射器和至少一个光学接收器，其中这些发射器被构造为使得这些发射器的光学发射功率根据至少一个参数来适配。因此，可能的是：将用于运行通信的电能设计得尽可能低，其中通信的可靠运行仍是可能的，其中由于发射功率的可适配性而可以对变化做出反应。除了能量节约之外，这也导致发射器和接收器的使用寿命更长。发射器例如构造为激光二极管或LED。接收器例如构造为光电二极管或光敏电阻。对光学发射功率的适配通过对光学发射器的电参数（优选地电流）的适配来实现。
在一个实施方式中，这些电池组模块和该中央控制设备以单向或双向的环形结构（也被称作菊花链）以数据技术方式连接。这是非常鲁棒的数据连接，其中双向的环形结构尤其是在有多个成员的情况下更快，为此需要稍微更多的电路技术花费。
在一个实施方式中，该至少一个参数是在相邻的通信成员（电池组模块或中央控制设备）的接收器处的接收功率。直观地，接收器传送接收功率是否足够，使得发射器可以适配该发射器的发射功率。如果接收功率例如过低，则提高发射功率，而且反之亦然。
在另一实施方式中，该至少一个参数是发射功率本身。直观地，发射功率的一部分被分岔并且被分析。因此，发射器知道：该发射器实际上发出多少发射功率（光学）。
在另一实施方式中，该至少一个参数是温度。经此，可以抑制发射器的光功率在低温时更低的效应。替选地或补充地，该参数也可以是发射器的使用寿命。因此，可以补偿发射器的老化。替选地或补充地，该参数也可以是发射器的运行时长和/或发射器的运行周期的数目。
在另一实施方式中，这些电池组模块和/或该控制设备构造为存储所设定的发射功率。经此，保证了在运行期间学习到的匹配不丢失。在此，该存储可以在本地进行和/或集中地进行。
在另一实施方式中，光学数据传输至少部分地以光纤引导的方式来构造。这允许：即使在这些电池组模块的空间布局困难的情况下也进行可靠的数据传输。
在另一实施方式中，这些电池组模块和该中央控制设备分别具有至少两个发射器和至少两个接收器，其中该电池组单元构造为使得所接收到的接收功率从接收成员直接被传输回发射成员。这允许对发射器的发射功率的非常快速的匹配。
在另一实施方式中，该发射成员构造为：如果该发射成员没有接收到从接收成员传输回的接收功率，则自动地提高发射功率。因此，保证了没有由于发射功率过低而发生通信的中断。
还可以规定：在达到发射器的最大发射功率时或者在达到将近该最大发射功率的阈值时生成报警或诊断信号，以便这样指明即将需要更换发射器。
关于本发明的方法方面的设计方案，参考上文的实施方案。
该电池组单元的一个优选的应用领域是用作电动车辆或混合动力车辆中的牵引电池组。
附图说明
随后，本发明依据优选的实施例进一步予以阐述。附图中：
图1示出了在第一实施方式中的电池组单元的示意性方框电路图；
图2示出了在第二实施方式中的电池组单元的部分示意图；
图3示出了在第三实施方式中的电池组单元的部分示意图；而
图4示出了第四实施方式的发射器随时间的电功率的图示。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了在第一实施方式中的电池组单元100。电池组单元100例如具有三个电池组模块1-3以及中央控制设备4（也被称作BMC电池组管理控制器）。电池组模块1-3分别具有多个电池组电池，这些电池组电池未进一步示出。电池组电池1-3彼此电接线，这出于清楚原因同样未示出。电池组模块1-3具有传感器，以便检测在电池组模块1-3之内的测量参量，诸如电池组电池的电压、电流和/或温度。电池组模块1-3还具有控制设备（也被称作CMC电池模块控制器），这些控制设备可以操控这些电池组电池例如用于电池平衡并且可以将测量参量传送给中央控制设备4。电池组模块1-3的未示出的控制设备也控制该数据通信、也就是说传送测量参量以及接收并且实现中央控制设备4的控制指令。
电池组模块1-3与中央控制设备4一起构造双向的环形结构，用于数据通信。为此，电池组模块1-3以及也包括中央控制设备4分别具有两个光学发射器S1-S4、S1'-S4'以及两个光学接收器E1-E4、E1'-E4'。其中一个通信方向例如从S1到E2'、S2到E3'、S3到E4'以及从S4到E1'。那么另一通信链路经由S1'、E4、S4'、E3、S3'、E2、S2'到E1。
在发射器S1'与接收器E4、发射器S4与接收器E1'、发射器S3与接收器E4'以及发射器S4'与接收器E3之间都布置有光纤5。在此应注意：所有通信链路都可以以光纤引导的方式来构造，但是所有通信链路也可以构造为自由空间通信。
光学发射器S1-S4、S1'-S4'例如构造为激光二极管或LED，其中这些光学发射器构造为使得这些光学发射器的光功率能改变。这例如通过提高经过LED的电流来实现。现在，对光学发射功率进行适配，使得设定尽可能低的发射功率，其中接收质量仍足够好。现在，这应该示例性地依据在第一电池组模块1与第二电池组模块2之间的通信来阐述。第一电池组模块1借助于光学发射器S1来将数据传送给第二电池组模块2，其中这些数据在接收器E2'处被接收，接着这些数据应该借助于发射器S2来转发（必要时与第二电池组模块2的其它数据一起被转发）。现在，在第二电池组模块2中，在接收器E2'处的接收功率被分析并且经由发射器S2'被传送回第一电池组模块1。现在，依据该信息，第一电池组模块1知道发射器S1的发射功率过高、过低还是刚好正确。相对应地，使发射功率适配，使得在电功率最小时可能进行可靠的通信。因此，例如可以补偿老化效应、污垢等等。
现在，在图2中示出了在一个替选的实施方式中的第一电池组模块1和第二电池组模块2，在该替选的实施方式中，只设置单向的环形结构。相对应地，第一电池组模块1只具有光学发射器S1和光学接收器E1。相同的情况适用于第二电池组模块2。在这种情况下，第二电池组模块2可以不将所确定的接收功率P（E2）直接传送回第一电池组模块1，而是将该接收功率经由该环形传送回第一电池组模块1。这导致：对发射功率的适配稍慢。相对于按照图1的实施方式的优点是：需要更少的构件。优选地，第一电池组模块1在此以最大发射功率开始，该最大发射功率接着在得到接收功率P（E2）之后向下适配。
在图3中示出了另一替选的实施方式。在此，光学发射器S1的光学发射功率P的一部分P'被耦合输出，以便据此推断出光学发射功率P。该耦合输出例如可以借助于反射或分光来实现。在此，附加地，可以视构造方案（单向或双向）而定将在第二电池组模块2处的接收功率传送给第一电池组模块1。
另一可能性在于：在使用寿命期间持续地提高电功率Pel，以便这样补偿光学发射器和接收器的老化效应，使得光学发射功率足够。该提高可以像在图4中示出的那样线性或者阶梯式。其它的曲线走向也是可能的。在此，优选地存在阈值Pg（例如最大功率Pmax的90%），在达到该阈值时生成报警信号。该变型方案的优点是：不需要测量结果来使发射功率匹配。

Claims (10)

1.一种电池组单元（100），其包括中央控制设备（4）和至少两个电池组模块（1-3），所述中央控制设备和所述至少两个电池组模块以数据技术方式彼此连接，其中在所述电池组模块（1-3）与所述中央控制设备（4）之间的数据通信构造为光学数据通信，其中每个电池组模块（1-3）和所述中央控制设备（4）都具有至少一个光学发射器（S1-S4、S1'-S4'）和至少一个光学接收器（E1-E4、E1'-E4'），
其特征在于，
所述光学发射器（S1-S4、S1'-S4'）被构造为使得所述光学发射器的光学发射功率（P）根据至少一个参数来适配。
2.根据权利要求1所述的电池组单元，其特征在于，所述电池组模块（1-3）和所述中央控制设备（4）以单向的或双向的环形结构以数据技术方式连接。
3.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述至少一个参数是在相邻的通信成员的接收器处的接收功率。
4.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述至少一个参数是所述发射器的所确定的发射功率（P）。
5.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述至少一个参数是温度和/或所述发射器（S1-S4、S1'-S4'）的使用寿命（t）和/或所述发射器（S1-S4、S1'-S4'）的运行时间和/或所述发射器（S1-S4、S1'-S4'）的运行周期的数目。
6.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述电池组模块（1-3）和/或所述中央控制设备（4）构造为存储所设定的发射功率。
7.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述光学数据通信至少部分地以光纤引导的方式来构造。
8.根据上述权利要求之一所述的电池组单元，其特征在于，所述电池组模块（1-3）和所述中央控制设备（4）分别具有至少两个发射器（S1-S4、S1'-S4'）和至少两个接收器（E1-E4、E1'-E4'），其中所述电池组单元（100）构造为使得所接收到的接收功率从接收成员直接被传输回发射成员。
9.根据权利要求8所述的电池组单元，其特征在于，所述发射成员构造为：如果所述发射成员没有接收到从所述接收成员传输回的接收功率，则自动地提高所述发射功率。
10.一种在电池组单元（100）中的通信方法，所述通信方法借助于中央控制设备（4）和至少两个电池组模块（1-3），所述中央控制设备和所述至少两个电池组模块以数据技术方式借助于光学数据通信来彼此进行通信，其中每个电池组模块（1-3）和所述中央控制设备（4）都具有至少一个光学发射器（S1-S4、S1'-S4'）和至少一个光学接收器（E1-E4、E1'-E4'），
其特征在于，
所述光学发射器的光学发射功率（P）根据至少一个参数来适配。
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