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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein elektrisches Gerät zum Bereitstellen einer Datenkommunikationsverbindung zwischen einer elektronischen Überwachungseinheit, die jeder Zelle in einem Batteriemodul zugeordnet ist, und einem Batteriesystemmanager (BSM) und insbesondere auf ein elektrisches Gerät, das eine kapazitive Kopplung über integrierte Metallfolien in jeder Zelle in einem Batteriemodul bereitstellt, um eine Datenkommunikationsverbindung zwischen der integrierten elektronischen Überwachungseinheit in benachbarten Zellen und einem BSM bereitzustellen.
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2. Diskussion des Standes der Technik
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Elektrofahrzeuge werden immer häufiger. Diese Fahrzeuge umfassen Hybridfahrzeuge wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite (EREV), die eine Batterie und eine Hauptantriebsquelle, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, ein Brennstoffzellensystem etc., beinhalten, und reine Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV). Die Batterien können verschiedene Batteriearten sein, wie zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Blei-Batterie etc. Ein typisches Hochvoltbatteriesystem für ein Elektrofahrzeug kann etliche Batteriezellen umfassen, die miteinander in Reihe elektrisch gekoppelt sind, um die Strom- und Energieerfordernisse des Fahrzeuges zu erfüllen. Die Batteriezellen können in Batteriemodule gruppiert sei, wobei jedes Modul eine bestimmte Anzahl von Zellen umfassen kann, und wobei die Zellen in einem Modul elektrisch miteinander in Reihe und/oder parallel gekoppelt sind. Beispielsweise verwenden Lithium-Batteriemodule zwölf Zellen, die in einem Modul in Reihe geschaltet sind. Unterschiedliche Fahrzeugausführungen können unterschiedliche Batterieausführungen haben, die verschiedene Vor- und Nachteile für eine bestimmte Anwendung mit sich bringen.
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Als Ergebnis von vielen Faktoren, beispielsweise einer Zellenselbstentladerate, eines internen Zellwiderstands, elektrischer Verbindungen, Batteriealterns etc. kann der Ladezustand (SOC) der Zellen in der Batterie während des Batteriebetriebs mit der Zeit abweichen. Ein Batteriemanagementsystem (BSM) kann vorgesehen sein, um den Spannungsschwellwert, die Impedanz, den Alterungszustand und den Entladezustand jeder Batteriezelle und die Temperatur der Batterie zu überwachen und ausgehend von dem Ladezustand der maximal geladenen Zelle und der minimal geladenen Zelle zu regeln, wie stark die Batterie aufgeladen und entladen werden kann. Die Batterie kann nicht dazu verwendet werden, Strom zu liefern, wenn die Zelle mit dem niedrigsten Ladezustand unter einen minimalen Ladezustand abfällt, da diese Zelle beschädigt werden kann, und die Batterie kann nicht über einen maximalen Ladezustand der Zelle mit dem höchsten Ladezustand aufgeladen werden, da diese Zelle überhitzt und beschädigt werden kann. Demzufolge kann eine Zelle mit einem niedrigen Ladezustand verhindern, dass die Batterie verwendet werden kann, obwohl die anderen Zellen einen geeigneten oder signifikanten Ladezustand aufweisen.
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In einer bekannten Fahrzeugbatterieausführung umfasst jedes Batteriemodul ein Zellüberwachungsplatine (CSB), wobei jede Zelle in dem Modul elektrisch mit der CSB über eine analoge Verbindung gekoppelt ist. Die CSB empfängt analoge Spannungssignale von jeder Batteriezelle in dem Modul und verwendet Filterschaltkreise, Multiplexer, Analog-zu-Digital (A/D)-Wandler etc., um die Spannungssignale an eine digital verdrahtete Kommunikationsverbindung zu dem BSM zu senden. Da jede Zelle in den Batteriemodulen ein Spannungspotential aufweist, beispielsweise 3-4 V, tritt aufgrund dieser Potentialdifferenz ein Gleichspannungsshift von einer Batteriezelle zur benachbarten Batteriezelle entlang der Kommunikationsverbindung auf. Es ist im Stand der Technik bekannt, Kondensatoren oder Überträger zwischen zwei elektrischen Verbindungen vorzusehen, um einen Gleichstromfluss von einer Seite des Kondensators zur anderen zu unterbinden. Typischerweise wird ein elektrisch verdrilltes Paar von Drähten in der Kommunikationsverbindung zwischen den CSBs vorgesehen, welche die Kondensatoren oder Überträger umfassen, welche eine Gleichstromunterbrechung liefern, so dass nur die digitalen Signale über den Kondensator gelangen.
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Eine neue Batterieausführung wurde untersucht, die die Notwendigkeit für CSBs in jedem Batteriemodul beseitigt. Insbesondere wurde in der Technik vorgeschlagen, etwas, was als „Smarte Zelle“ bezeichnet wird, welche eine kostengünstige elektronische Überwachungseinheit umfasst, die in die Zelle integriert ist, welche eine Elektronik zum Überwachen der Spannung und der Temperatur der Zelle umfasst, und um die Ladezustände der einzelnen Zellen durch Bypassen der Zellen unter Verwendung von geschalteten Widerständen, was auch als „passives Balancing“ bekannt ist, zu regeln. Insbesondere wird jede Batteriezelle mit einer integrierten elektronischen Schaltung ausgestattet, die Teil von der eigentlichen Zellenstruktur ist. Jede elektronische Überwachungseinheit in jeder Smarten Zelle ist Teil der Kommunikationsverbindung von einer Zelle zur nächsten Zelle, was als Kettentopologie bekannt ist, so dass die Signale von jeder Zelle zu dem BSM gesendet werden können. Das Vorsehen eines Kondensators, eines Verbinders und eines verdrillten Drahtpaares für die jeweilige Überwachungseinheit in der Smarten Zelle entlang der Kommunikationsverbindung ist jedoch aufgrund der Anzahl von Verbindungen, die dafür benötigt werden würden, wenig brauchbar.
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Aus der Druckschrift
CN 201 667 371 U ist eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer kapazitiven Isolation für digitale Kommunikation bekannt. Die Druckschrift
US 2009 / 0 295 398 A1 offenbart ein Spannungserkennungsgerät für Batteriemodule. In der Druckschrift
US 2005 / 0 218 900 A1 ist eine Spannungsmessvorrichtung beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriemodul offenbart, das eine Vielzahl von Batteriezellen, welche Zellelemente aufweisen, welche elektrisch entlang einer Versorgungsleitung gekoppelt sind, und eine elektronische Überwachungseinheit umfasst, welche entlang einer Kommunikationsverbindung elektrisch gekoppelt sind. Jede Zelle umfasst ein erstes Kondensatorplattenpaar, mit einer ersten Kondensatorplatte und einer zweiten Kondensatorplatte an einer ersten Seite des Zellenelements, wobei das erste Kondensatorplattenpaar elektrisch mit der Steuereinheit gekoppelt ist und elektrisch von dem Zellenelement isoliert ist. Jede Zelle umfasst ferner ein zweites Kondensatorplattenpaar mit einer ersten Kondensatorplatte und einer zweiten Kondensatorplatte, die an einer zweiten Seite des Zellelements angeordnet ist, wobei das zweite Kondensatorplattenpaar elektrisch mit der Steuereinheit gekoppelt ist und elektrisch von dem Zellenelement isoliert ist. Die erste Kondensatorplatte und an der zweiten Seite eines Zellenelements ist kapazitiv mit der ersten Kondensatorplatte an der ersten Seite des Zellenelementes in einer benachbarten Zelle gekoppelt und die zweite Kondensatorplatte an der zweiten Seite des einzelnen Zellenelements ist kapazitiv mit der zweiten Kondensatorplatte an der ersten Seite des Zellenelements in der benachbarten Zelle gekoppelt, um eine Gleichstromunterbrechung entlang der Kommunikationsverbindung bereitzustellen.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Darstellung einer Batteriemodulkettentopologie;
- 2 ist eine Darstellung einer Batteriemodulsterntopologie;
- 3 ist ein schematisches Diagramm eines Batteriemoduls mit Smarten Zellen;
- 4 ist eine perspektivische Darstellung im Schnitt, die zwei benachbarte Smarte Zellen in einem Batteriemodul zeigen, welches Kondensatorplatten umfasst, die eine kapazitive Kopplung zwischen den Zellen entlang einer Datenkommunikationsverbindung liefert;
- 5 ist eine Ansicht von oben auf die benachbarten Smarten Zellen aus der 4;
- 6 ist eine Ansicht von der Seite der benachbarten Smarten Zellen in einem Batteriemodul, welches elektrisch mit einer Smarten Zelle in einem benachbarten Batteriemodul gekoppelt ist;
- 7 ist ein schematisches Diagramm von einer Voll-Duplex UART-artigen kapazitiven Kommunikationsschicht für ein zellenintegriertes Batteriemanagementsystem; und
- 8 ist ein schematisches Diagramm von einer Halb-Duplex LVDS-artigen kapazitiven Kommunikationsschicht für ein zellenintegriertes Batteriemanagementsystem.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf eine elektrische Schaltung gerichtet ist, die eine kapazitive Kopplung durch integrierte Metallfolien bereitstellt, um eine Datenkommunikationsverbindung zwischen einer integrierten elektronischen Überwachungseinheit in jeder Zelle eines Batteriemoduls und einem BSM bereitzustellen, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken. Beispielsweise finden die hier beschriebenen elektrischen Schaltungen eine besondere Anwendung bei Batteriezellen in einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs. Fachleute können jedoch leicht erkennen, dass der hier beschriebene elektrische Schaltkreis auch andere Anwendungen haben kann.
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Wie unten im Detail diskutiert werden wird, liefert die vorliegende Erfindung eine Kommunikationsverbindung in einem Batteriemodul mit Batteriezellen. Die beschriebene Kommunikationsverbindungstopologie weist eine „Ketten“-Topologie auf, was bedeutet, das eine Information über alle Knoten geleitet wird, wohingegen bei einer „Stern“-Topologie alle Knoten eine direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu dem BSM aufweisen würden. Der Unterschied zwischen einer Kettentopologie und einer Sterntopologie wird in den 1 und 2 veranschaulicht, wobei die 1 eine Batteriemodulkettentopologie 170 mit Zellmodulen 172 und einem BSM 174 zeigt und die 2 eine Batteriemodulsterntopologie 180 mit Zellmodulen 182 und einem BSM 184 zeigt.
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3 ist ein schematisches Diagramm eines Batteriemoduls 10 mit einer Vielzahl von Smarten Zellen 12 einer Batterie, wobei jede Smarte Zelle 12 ein Zellstromelement 14 aufweist, welches in Reihe zu den anderen Zellelementen 14 in den anderen Smarten Zellen 12 in dem Modul 10 entlang einer elektrischen Verbindung 16 elektrisch gekoppelt ist. Das Batteriemodul 10 kann jede geeignete Anzahl von Smarten Zellen 12, beispielsweise zwölf Smarte Zellen, umfassen. Darüber hinaus stellen die Zellelemente 14 den elektrischen oder chemischen Teil der Smarten Zelle 12 dar, welche die Energie speichern, und sind dazu gedacht, jedes geeignete Element für eine Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs darzustellen, wobei Ausführungsbeispiele Lithiumionen, Nickelmetallhydrid, Blei-Säure etc. umfassen. Jede Smarte Zelle 12 umfasst eine integrierte elektronische Überwachungseinheit 18, die jede elektrische Platine, ein applikationsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC) etc. zusammen mit geeigneten Komponenten für die hier diskutierten Zwecke sein kann. Der elektronische Überwachungsschaltkreis 18 überwacht die Spannung des Zellelementes 14, welche auf analogen Verbindungen 20 geliefert wird.
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Jede Überwachungseinheit 18 steht in Verbindung mit der Überwachungseinheit 18 in einer benachbarten Zelle 12 entlang einer Kommunikationsverbindung 22 mit Kommunikationsleitungen 24 und 26, wobei die Leitungen 24 und 26 einen digitalen Signalfluss für die Daten, die an die Einheiten 18 geliefert werden und von den Einheiten 18 empfangen werden, gestatten. Jede Smarte Zelle 12 umfasst eine Platte eines Kondensators 28 in der Leitung 24 und eine Platte eines Kondensators 30 in der Leitung 26, die die Gleichstromunterbrechung bereitstellen, die aufgrund der Differenz im Spannungspotenzial, welches von den Zellelementen 14 geliefert wird, notwendig ist, was von Fachleuten gut verstanden wird. Die Kommunikationsverbindung 22 ist an einen BSM 32 außerhalb des Batteriemoduls 10 gekoppelt, welcher digitale Signale empfängt, verarbeitet und entlang der Leitungen 24 und 26 übermittelt, um Spannungssignale von den Zellelementen 14 zu empfangen und zu verarbeiten und um Steuerbefehle von dem BSM 32 an die Überwachungseinheiten 18 bereitzustellen.
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Wie oben diskutiert, wurde das Bereitstellen integrierter Smarter Zellen in einem Batteriemodul im Stand der Technik vorgeschlagen, um Kosten, Verlässlichkeit, Leistungsfähigkeit etc. der Batteriemodule zu verbessern. Die herkömmliche Art für ein elektrisches Koppeln der Kondensatoren 28 und 30 innerhalb der Zelle 12 wäre es, eine separate elektrische Kondensatorkomponente bereitzustellen und die Kondensatoren 28 und 30 mit den Leitungen 24 und 26 über einen Draht mittels Verbinder zu verbinden. Die vorliegende Erfindung schlägt einen kostengünstigen und in der Komplexität reduzierten Ansatz zum Integrieren der Kondensatoren 28 und 30 in den Smarten Zellen 12 vor, welches ein Verwenden einer kapazitiven Kopplung umfasst. Der vorgeschlagene Ansatz liefert eine Anzahl von Vorteilen, beispielsweise eine reduzierte Komplexität in der Verkabelung, ein beseitigtes Risiko für einen Verbindungsfehler und ein minimiertes Risiko für einen Kabelbrand und eine minimierte EMC-Ausbreitung.
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4 ist eine perspektivische Ansicht im Schnitt von einem Teil eines Batteriemoduls 40 mit Bereichen von benachbarten Smarten Zellen 42 und 44. Die obige Diskussion der Elemente in den Smarten Zellen 42 und 44 trifft allgemein nur auf die Smarte Zelle 42 zu, wobei verstanden werden muss, dass die Smarte Zelle 44 und all die anderen Smarten Zellen in dem Batteriemodul 40 die gleichen Elemente aufweisen. 5 ist eine Ansicht eines Bereichs des Batteriemoduls 40 mit den zwei Smarten Zellen 42 und 44 von oben, welches eine äußere Ummantelung zeigt. 6 ist eine Seitenansicht des Bereichs des Batteriemoduls 40 mit einem Teil eines äußeren Modulgehäuses 46, welches zu einem Bereich eines zweiten Batteriemoduls 48 mit einer Smarten Zelle 50 benachbart ist. Die verschiedenen strukturellen Elemente der Smarten Zellen 42 und 44, die hier diskutiert sind, sind allgemein in den 4-6 als mit einem Zwischenraum versehen gezeigt. Es wird angemerkt dass dies nur klarheitshalber gemacht wird, und die verschiedenen Komponenten in den Smarten Zellen 42 und 44 im allgemeinen dicht zueinander gepackt sind und oft unter einem Anpressdruck zueinander verbaut werden, wozu gehört, dass die Smarten Zellen 42 und 44 selber zueinander in Kontakt stehen.
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Die Smarte Zelle 42 umfasst ein Zellenelement 52, das die Chemie und die Leistung der Zelle 42 bereitstellt, und welches jedes geeignetes Zellenelement sein kann, das Elektrizität liefert, beispielsweise eine Litiumionenzelle, welche Fachleuten bekannt ist. Es wird jedoch nochmals darauf hingewiesen, dass die Chemie der Smarten Zelle 42 die Erfindung, wie sie hier diskutiert wird, nicht einschränkt. Das Zellenelement 52 umfasst einen positiven Anschluss 54 und einen negativen Anschluss 56, die dazu verwendet werden, die elektrische Verbindung (nicht gezeigt) von einer Smarten Zelle zu der benachbarten Smarten Zelle in Reihenschaltung entlang der Leitung 16 aus der 3 bereitzustellen. Eine Kühlfinne 58 ist auf einer Seite des Zellenelements 52 angeordnet und ergibt einen Kühlkörper, um Wärme aus dem Zellenelement 52 während des Betriebs des Batteriemoduls 40 abzuführen. Die Kühlfinne 58 kann jede thermische Vorrichtung sein, beispielsweise eine Aluminiumplatte, welche für die hier diskutierten Zwecke geeignet ist. In einigen Batterieausführungen kann Wärme an die Smarte Zelle 42 abgegeben werden, beispielsweise während eines Fahrzeugkaltstarts, um aus Leistungsgründen die Batterie schneller auf eine Temperatur zu bringen.
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Die Smarte Zelle 42 umfasst eine elektronische Überwachungseinheit 60, beispielsweise einen ASIC, der die verschiedenen Schaltungen und Vorrichtungen 62 zum Überwachen der Zellspannung umfasst, was Fachleuten gut bekannt ist. Die Überwachungseinheit 60 umfasst ferner elektrische Anschlüsse 64 und 66 zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung für die Kommunikationsverbindung 22, wie unten im Detail diskutiert werden wird. Die Smarte Zelle 42 umfasst vier Kondensatorplatten, die als Metallfilme oder Folien ausgebildet sind, beispielsweise als Aluminiumfolien, die eine Dicke von ungefähr 0,1 mm aufweisen. Insbesondere umfasst die Smarte Zelle 42 ein Paar von Kondensatorplatten 68 und 70 auf einer Seite des Zellenelement 52 angrenzend zu der Kühlfinne 58 und ein anderes Paar von Kondensatorplatten 72 und 74 angrenzend zu und auf der anderen Seite des Zellelements 52 von den Kondensatorplatten 68 und 70. Das Paar von Kondensatorplatten 68 und 70 liefert eine elektrische Kopplung an die Zelle 44 auf einer Seite der Smarten Zelle 42 und das andere Paar von Kondensatorplatten 72 und 74 liefert eine elektrische Kopplung zu einer anderen benachbarten Smarten Zelle (nicht gezeigt) auf der anderen Seite der Smarten Zelle 42. Die Kondensatorplatten 72 und 74 sind angrenzend zu der Überwachungseinheit 60 angeordnet und mit dieser elektrisch gekoppelt. Die Kondensatorplatte 68 umfasst einen verlängerten Anschluss 78 und die Kondensatorplatte 70 umfasst einen verlängerten Anschluss 80. Der Anschluss 78 stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Anschluss 64 und der Anschluss 80 stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Anschluss 66 her. Diese elektrischen Verbindungen sind in den 4 und 5 nicht spezifisch gezeigt. In einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, welches in der 6 gezeigt ist, wird diese elektrische Verbindung durch Falten des Anschlusses 78 über die Kühlfinne 58 und das Zellenelement 52 hergestellt, so dass dies einen elektrischen Kontakt mit dem Anschluss 64 erstellt. Analog dazu ist der Anschluss 80 über die Kühlfinne 58 um das Zellenelement 52 gefaltet, um einen elektrischen Kontakt mit dem Anschluss 66 herzustellen. Vorzugsweise sind die Metallfolien 68 und 70, die Anschlüsse 78 und 80 und die Anschlüsse 64 und 66 einteilig ausgeführt und gerade so gefaltet, dass sie alle korrekt positioniert sind.
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Die Kondensatorplatten 68-74 müssen von den benachbarten Leitern elektrisch isoliert sein. Diese elektrische Isolierung ist in der 4 nicht speziell gezeigt. Wie in den 5 und 6 jedoch gezeigt ist, ist eine isolierende Schicht 82, beispielsweise eine Plastikschicht, zwischen den Kondensatorplatten 72 und 74 und dem Zellelement 52 angeordnet. Darüber hinaus isoliert eine isolierende Schicht 84 die Kondensatorplatten 68 und 70 von der Kühlfinne 58 elektrisch. Ein äußerer isolierender Mantel 86 ist um die Smarte Zelle 42 angeordnet und liefert eine elektrische Isolierung zwischen den Kondensatorplatten 68 und 70 in der Smarten Zelle 42 und den Kondensatorplatten 72 und 74 in der Smarten Zelle 44. Der äußere Mantel 86 liefert darüber hinaus eine elektrische Isolierung zwischen den Kondensatorplatten 72 und 74 in der Smarten Zelle 42 und den Kondensatorplatten 68 und 70, welche in der benachbarten Smarten Zelle auf dieser Seite der Smarten Zelle 42 liegen würden. Obwohl nicht spezifisch in den 4 und 6 gezeigt, steht der äußere Mantel 86 in direktem Kontakt mit dem äußeren Mantel 86 der benachbarten Zelle angeordnet, so dass dazwischen kein Zwischenraum vorliegt.
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Die kapazitive Kopplung zwischen der Kondensatorplatte 68 in der Smarten Zelle 42 und der Kondensatorplatte 72 in der Smarten Zelle 44 definiert einen Kondensator, beispielsweise einen der Kondensatoren 28 in der Kommunikationsleitung 24. Analog dazu definiert die kapazitive Kopplung zwischen der Kondensatorplatte 70 in der Smarten Zelle 42 und der Kondensatorplatte 74 in der Smarten Zelle 44 einen der Kondensatoren 30 in der anderen Kommunikationsleitung 26. Die Distanz zwischen den Platten 68 und 72 und den Platten 70 und 74 wird eingestellt, um die gewünschte Kapazität und die Gleichstromunterbrechung, die für einen digitalen Signalfluss notwendig ist, einzustellen, und wird durch die Dicke des Mantels 86 in den Smarten Zellen 42 und 44 definiert. In einem nichteinschränken Ausführungsbeispiel ist diese Distanz typischerweise kleiner 0,1 mm, was zu einem Kapazitätswert von typischerweise 1 nF führt. Die parasitäre Kapazität, die zwischen den Kondensatorplatten 68 und 70 und der Kühlfinne 58 erzeugt wird, und die parasitäre Kapazität, die zwischen den Kondensatorplatten 72 und 74 und dem Zellenelement 52 erzeugt wird, muss beim elektrischen Design des Batteriemoduls 40 berücksichtigt werden. Demzufolge ist es nicht notwendig, Vorrichtungen in den Kommunikationsleitungen 20 und 22 zum Verbinden einer Zelle mit einer benachbarten Zelle vorzusehen.
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6 zeigt einen Bereich einer Batterie 90, welcher das Batteriemodul 40 mit den Smarten Zellen 42 und 44 umfasst, die zu dem Batteriemodul 48 benachbart angeordnet sind, welches die Smarte Zelle 50 umfasst, und welche darüber hinaus die Kondensatorplatten, die oben diskutiert wurden, umfasst. Das Batteriemodul 40 umfasst das äußere Gehäuse 46 und das Batteriemodul 48 umfasst ein äußeres Gehäuse 92. Eine Kondensatorplatte 94 ist an einem Ende des Gehäuses 46 angeordnet, um mit der Platte 70 in der letzten Smarten Zelle am Ende des Moduls 40 kapazitiv gekoppelt zu werden. Analog dazu ist eine Kondensatorplatte 96 an einem Ende des Gehäuses 92 angeordnet, um kapazitiv mit der Kondensatorplatte 74 in der Smarten Zelle 50 gekoppelt zu werden. Elektrische Leitungen 98 sind mit den Platten 94 und 96 verbunden, um die Kommunikationsleitungsverbindungen zwischen den Modulen 40 und 48 herzustellen. Obwohl nicht spezifisch gezeigt, könnte eine andere Kondensatorplatte an dem Ende des Gehäuses 46 vorgesehen werden, um kapazitiv mit der Platte 68 in der letzten Smart Zelle am Ende des Moduls 40 gekoppelt zu werden, und eine andere Kondensatorplatte könnte am Ende des Gehäuses 92 angeordnet werden, um kapazitiv mit der Kondensatorplatte 72 in der Smarten Zelle 50 gekoppelt zu werden.
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Wie oben erwähnt beinhaltet die Kommunikationsverbindung 22 zwischen den Smarten Zellen in dem Batteriemodul die Leitungen 24 und 96. Verschiedene Kommunikationsschemata sind im Stand der Technik bekannt, wobei beide Kommunikationsrichtungen zu einer gewissen Zeit parallel betrieben werden können, was als Voll-Duplex bekannt ist, oder wobei die digitalen Signale in beide Richtungen nur nacheinander auf den Leitungen 24 und 26 weitergeleitet werden können, was als Halb-Duplex bekannt ist.
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7 ist ein schematisches Diagramm einer kapazitiven Kommunikationsebenenschaltung 110 für die Voll-Duplex-Ausführungsform, die zwei benachbarte Smarte Batteriezellen 112 und 114 mit Zellelementen 116 und 118 jeweils umfasst, die über eine Versorgungsleitung 120 miteinander gekoppelt sind. Die Smarte Zelle 112 umfasst eine elektronische Überwachungseinheit 122 und die Smarte Zelle 114 umfasst eine elektronische Überwachungseinheit 124. Für die Voll-Duplex Schaltung 110 kann die elektronische Überwachungseinheit 122 einen universellen asynchronen Receiver/Transmitter (UART) 126 mit einem Transmitter 128 und einem Receiver 130 umfassen und die Überwachungseinheit 124 kann einen UART 132 mit einem Receiver 134 und einem Transmitter 136 umfassen. Der Transmitter 128 transmittiert die digitalen Signale, die von dem Receiver 134 empfangen werden, auf einer Kommunikationsverbindung 138, wobei die Leitung 138 die Kommunikationsverbindung 24 darstellt. Der Transmitter 136 transmittiert die digitalen Signale auf einer Kommunikationsleitung 140, die von dem Receiver 130 empfangen werden, wobei die Leitung 140 die Kommunikationsverbindung 26 darstellt. Ein Kondensator 142 ist auf der Leitung 138 vorgesehen und stellt die kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Smarten Zellen, wie oben diskutiert, dar, und ein Kondensator 144 ist in der Leitung 140 angeordnet und stellt die kapazitive Kopplung zwischen den benachbarten Smarten Zellen dar. Die Kondensatoren 144, 146, 148 und 150 stellen die parasitären Kapazitäten, die oben erwähnt wurden, dar. Die Versorgungsleitung 120 wird dazu benötigt, eine Masseverbindung zwischen den Überwachungseinheiten 122 und 124 herzustellen. Für jede Richtung in den Leitungen 138 und 140 gibt es jeweils dedizierte asymmetrische Spannungssignale 152 und 154, so dass beide Richtungen zur selben Zeit parallel betrieben werden können.
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8 ist ein schematisches Diagramm einer kapazitiven Kommunikationsebenenschaltung 160 für die Halb-Duplex-Ausführungsform, wobei gleiche Elemente aus der Schaltung 110 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform sind die UARTs 126 und 136 jeweils durch differentielle Niedervoltsignalvorrichtungen (LVDS) 162 und 164 ersetzt. Die LVDS-Vorrichtungen 162 und 164 umfassen die Transmitter und Receiver, die es ermöglichen, dass Signale in beide Richtungen auf den Leitungen 138 und 140 in einer Art, wie sie Fachleuten bekannt ist, propagieren. Die LVDS-Signale können ohne eine Masseverbindung propagieren, wenn die Versorgungsleitung fehlt. Es gibt nur ein symmetrisches Spannungssignal 166, das für beide Richtungen in den Leitungen 138 und 140 geteilt wird, so dass nur eine Richtung zur selben Zeit betrieben werden kann, wobei beide Richtungen nur nacheinander betrieben werden können.
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Wie von Fachleuten gut verstanden wird, können verschiedene oder einige Schritte und Verfahren, die hier erörtert wurden, um die Erfindung zu beschreiben, von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, die mit Hilfe elektrischer Phänomene Daten manipuliert und/oder transformiert. Diese Computer und elektrischen Geräte können verschiedene flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher inklusive einem festen computerlesbaren Medium mit einem darauf befindlichen ausführbaren Programm beinhalten, das verschiedene Codes oder ausführbare Instruktionen beinhaltet, die von dem Computer oder Prozessor ausgeführt werden, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von einem Speicher und anderen computerlesbaren Medien beinhalten kann.
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Die vorhergehende Diskussion zeigt und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus der Diskussion an den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er mit den folgenden Patentansprüchen definiert ist.
