DE102014204951A1 - Battery system and method for data transmission in a battery system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Batteriesystem (10) mit einer Batterie, welche mehrere Batterieeinheiten (12) umfasst, die mittels Einheitenverbindern (20) elektrisch miteinander verbunden sind, um an einem Terminal (16) der Batterie Energie bereitzustellen, wobei zumindest einigen Batterieeinheiten (12), Steuergeräten (18, 19) oder Aktorikeinheiten Kommunikationseinheiten (24, 26) zugeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Kommunikation der Kommunikationseinheiten (24, 26) über die Einheitenverbinder (20) und mehrdimensional erfolgt. Weiterhin werden ein Batteriesystem (10) und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem (10) angegeben.The invention relates to a method for data transmission in a battery system (10) comprising a battery comprising a plurality of battery units (12) electrically connected together by unit connectors (20) to provide power to a terminal (16) of the battery, at least some battery units (12), control units (18, 19) or Aktorikeinheiten communication units (24, 26) are assigned. It is provided that at least part of the communication of the communication units (24, 26) takes place via the unit connectors (20) and multidimensionally. Furthermore, a battery system (10) and a motor vehicle are specified with such a battery system (10).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Batteriesystem mit einer Batterie, welche mehrere Batterieeinheiten, insbesondere Batteriezellen, umfasst, die mittels Einheitenverbindern elektrisch miteinander verbunden sind, um an einem Terminal der Batterie Energie bereitzustellen.The invention relates to a method for data transmission in a battery system with a battery, which comprises a plurality of battery units, in particular battery cells, which are electrically connected to each other by means of unit connectors to provide energy to a terminal of the battery.
Die Erfindung betrifft außerdem ein derartiges Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem.The invention also relates to such a battery system and a motor vehicle with such a battery system.
Für zukünftige Elektro- und Hybridfahrzeuge, insbesondere für Elektrozweiräder, Elektrokraftfahrzeuge und Linienbusse mit Hybridantrieb, sind sehr komplexe Architekturen mit mehreren Hierarchieebenen im Aufbau der Lithium-Ionen Traktionsbatterien möglich. Zur zukunftssicheren Auslegung werden innovative Verfahren benötigt, um die Komplexität auf die einzelnen Ebenen zu verteilen. Auf funktionaler Ebene wird dies durch die Anordnung verschiedener Mechanismen zur Batterieüberwachung und -regelung auf unterschiedlichen Hierarchieebenen erreicht, z. B. Zustandsüberwachung auf Zellebene, Spannungsregelung auf höheren Ebenen und Ladungsausgleich (Balancing) verteilt in verschiedenen Ebenen.For future electric and hybrid vehicles, in particular for electric two-wheelers, electric motor vehicles and buses with hybrid drive, very complex architectures with several levels of hierarchy in the construction of lithium-ion traction batteries are possible. For future-proof design, innovative methods are needed to distribute the complexity at each level. At the functional level, this is achieved by the arrangement of different mechanisms for battery monitoring and control at different hierarchical levels, eg. For example, condition monitoring at the cellular level, higher level voltage regulation and balancing are distributed at different levels.
Für die Kommunikation zwischen einem Steuergerät und den einzelnen Batteriezellen und gegebenenfalls zusätzlichen Leistungsschaltern und Sensoren existieren je nach Funktion unterschiedliche Anforderungen an zentrale Eigenschaften, wie die Übertragungsrate und die Robustheit, so dass für die einzelnen Hierarchieebenen der Traktionsbatterie verschiedene Verfahren in Betracht kommen.Depending on the function, different requirements for central properties, such as the transmission rate and the robustness, exist for the communication between a control unit and the individual battery cells and optionally additional circuit breakers and sensors, so that different methods can be considered for the individual hierarchical levels of the traction battery.
Aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Bei einem Verfahren zur Datenübertragung in einem Batteriesystem mit einer Batterie, welche mehrere Batterieeinheiten umfasst, die mittels Einheitenverbindern elektrisch miteinander verbunden sind, um an einem Terminal der Batterie Energie bereitzustellen, ist vorgesehen, dass zumindest einigen Batterieeinheiten, Steuergeräten und/oder Aktorikeinheiten Kommunikationseinheiten zugeordnet sind und dass die Kommunikation der Kommunikationseinheiten zumindest teilweise über die Einheitenverbinder und mehrdimensional erfolgt.In a method for data transmission in a battery system with a battery comprising a plurality of battery units, which are electrically connected to each other by means of unit connectors to provide energy to a terminal of the battery, it is provided that at least some battery units, control devices and / or Aktorikeinheiten communication units are assigned and that the communication of the communication units takes place at least partially via the unit connectors and multidimensionally.
Als mehrdimensionale Kommunikation wird dabei bezeichnet, dass ein gesendetes Signal auf mehreren Empfangswegen von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung übertragen wird. Hierbei können z. B. zur selben Zeit auf der gleichen Frequenz mehrere Signalzustände (Symbole) gesendet und/oder empfangen werden. Im Vergleich zu einer eindimensionalen Übertragung können bei der mehrdimensionalen Übertragung vorteilhaft entweder im gleichen Frequenzbereich mehr Daten bei etwa gleicher Empfangsqualität übertragen werden (Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Ansatz) oder bei gleicher Datenrate die Übertragungssicherheit und Verfügbarkeit des Kommunikationsmediums erhöht werden (Diversity-Empfang und Raum-Zeit-Kodierung (Space-Time-Coding)).As multidimensional communication is referred to that a transmitted signal is transmitted on multiple receiving paths from a transmitting device to a receiving device. This z. B. at the same time on the same frequency several signal states (symbols) are sent and / or received. Compared to a one-dimensional transmission, more data can advantageously be transmitted in the same frequency range at approximately the same reception quality (multiple-input multiple-output (MIMO) approach) or at the same data rate the transmission reliability and availability of the communication medium can be increased (diversity Reception and space-time coding).
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene zumindest teilweise Kommunikation über die Einheitenverbinder wird auch als Energieversorgungsleitungskommunikation (Powerline-Kommunikation) bezeichnet. Hierbei werden bevorzugt hochfrequente Signale auf die Energieversorgungsleitung aufgeprägt. Aufgrund von Dämpfungseffekten im hohen Frequenzbereich und Störungen durch Inverter im niedrigen Frequenzbereich wird dabei ein typischer Frequenzbereich von 1–100 MHz betrachtet. Die genutzte Bandbreite wird im Wesentlichen durch die eingesetzte Übertragungsrate definiert und liegt je nach Anwendung bevorzugt im Bereich von 10 kHz bis 10 MHz, wobei eine Bandspreizung (z. B. mittels Codespreiztechnik, u. a. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)) genutzt werden kann, um einen Datenstrom mit niedriger Datenrate mit einer größeren Bandbreite zu übertragen. Es werden somit eine existierende Infrastruktur und eine existierende Topologie für eine Datenübertragung zwischen beliebigen hierdurch verbundenen Kommunikationseinheiten genutzt.The inventively proposed at least partial communication via the unit connector is also referred to as power line communication (powerline communication). In this case, high-frequency signals are preferably impressed on the power supply line. Due to attenuation effects in the high frequency range and interference by inverters in the low frequency range, a typical frequency range of 1-100 MHz is considered. The bandwidth used is essentially defined by the transmission rate used and, depending on the application, is preferably in the range from 10 kHz to 10 MHz, whereby a band spread (eg by means of code spreading technology, eg Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)) can be used, to transmit a low data rate data stream with a larger bandwidth. Thus, an existing infrastructure and an existing topology are used for data transmission between any communication units connected thereby.
Die mehrdimensionale Kommunikation ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zumindest einige der Einheitenverbinder als Stromschienen, insbesondere Hochstromschienen ausgebildet sind, welche im Allgemeinen keine konstante Leitungsgeometrie aufweisen. Durch die mehrdimensionale Kommunikation kann sowohl der Ausbreitungsdämpfung als auch der Verzerrung der Signale Rechnung getragen werden.The multidimensional communication is particularly advantageous if at least some of the unit connectors are designed as busbars, in particular high-current busbars, which generally have no constant line geometry. Multi-dimensional communication accommodates both propagation loss and distortion of the signals.
Die Signaleinkopplung der Kommunikationseinheiten erfolgt typischerweise mittels eines ersten Anschlusses an einen Einheitenverbinder, welcher bezüglich einer Stromrichtung vor einer der Batterieeinheiten, Steuergeräte oder Aktorikeinheiten angeordnet ist und eines zweiten Anschlusses an den anderen Einheitenverbinder, welcher bezüglich der Stromrichtung hinter dieser angeordnet ist.The signal coupling of the communication units is typically carried out by means of a first connection to a unit connector, which with respect to a current direction in front of one of the battery units, control units or Aktorikeinheiten is arranged and a second terminal to the other unit connector, which is arranged with respect to the current direction behind this.
Nach einer ersten Ausführungsform ist ein Träger oder eine Einkoppelgröße der Kommunikation die Spannung. Hierbei erfolgt eine parallele Ankopplung jeder der betreffenden Batterieeinheiten, Steuergeräte oder Aktorikeinheiten mittels drei Anschlüssen, wobei der dritte Anschluss an eine Masse gelegt ist. Die Signale werden in Form von Spannungen ein- und ausgekoppelt, welche als Potenzialdifferenzen in Bezug auf ein Referenzpotenzial dargestellt sind. Das Referenzpotential ist dabei gegeben durch den Masseanschluss. Eine erste Spannung U1 bezeichnet dabei eine Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss, während eine zweite Spannung U2 eine Potenzialdifferenz zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bezeichnet. Die Signale an der Kommunikationseinheit werden mit U1(t) und U2(t) bezeichnet. Die Potenzialdifferenz zwischen dem dritten und dem ersten Anschluss ergibt sich rechnerisch aus U2 – U1.According to a first embodiment, a carrier or a coupling-in quantity of the communication is the voltage. In this case, a parallel coupling of each of the relevant battery units, control units or Aktorikeinheiten means of three terminals, wherein the third terminal is connected to a ground. The signals are coupled in and out in the form of voltages, which are represented as potential differences with respect to a reference potential. The reference potential is given by the ground connection. A first voltage U 1 denotes a potential difference between the first terminal and the third terminal, while a second voltage U 2 denotes a potential difference between the second terminal and the third terminal. The signals at the communication unit are denoted by U 1 (t) and U 2 (t). The potential difference between the third and the first connection results mathematically from U 2 - U 1 .
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Träger oder eine Einkoppelgröße der Kommunikation die Stromstärke. Für den Fall, dass die Einkoppelgröße der Kommunikation die Stromstärke ist, erfolgt eine serielle Ankopplung der betreffenden Kommunikationseinheiten in den Strompfaden. In diesem Fall bezeichnet I1 die Stromstärke im Strompfad zum ersten Anschluss und I2 die Stromstärke im Strompfad zum zweiten Anschluss. Die Stromsignale können als I1(t) und I2(t) dargestellt werden. Im allgemeinen Fall ist I2 – I1 ≠ 0, da aufgrund intrinsischer Kapazitäten der Batterieeinheiten, Steuergeräte und Aktorikeinheiten, insbesondere der Batterieeinheiten, Verschiebungsströme zur Masse der Batterie auftreten. Auch für den Fall der seriellen Ankopplung stehen zwei Signaldimensionen zur Verfügung.According to a further embodiment, a carrier or a coupling-in quantity of the communication is the current intensity. In the event that the coupling size of the communication is the current, there is a serial connection of the respective communication units in the current paths. In this case, I 1 denotes the current in the current path to the first terminal and I 2 the current in the current path to the second terminal. The current signals can be represented as I 1 (t) and I 2 (t). In the general case, I 2 - I 1 ≠ 0, because due to intrinsic capacities of the battery units, control units and Aktorikeinheiten, in particular the battery units, displacement currents to the mass of the battery occur. Also in the case of serial connection two signal dimensions are available.
Die beiden Verfahren der seriellen und parallelen Ankopplung lassen sich beliebig kombinieren. Nach einer weiteren Ausführungsform werden also in dem Batteriesystem sowohl die Spannung als auch die Stromstärke als Träger der Kommunikation eingesetzt. Für jede Kommunikationseinheit werden zwei Signale ein- und ausgekoppelt, welche als zweidimensionale Signale aufgefasst werden. Je nach Ausdehnung der Batterie und der Batterieeinheiten ist eine Vielzahl von Ein- und Auskoppelpunkten vorstellbar.The two methods of serial and parallel coupling can be combined as desired. According to a further embodiment, therefore, both the voltage and the current are used as the carrier of the communication in the battery system. For each communication unit, two signals are coupled in and out, which are interpreted as two-dimensional signals. Depending on the extent of the battery and the battery units, a plurality of coupling and decoupling points is conceivable.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird zur mehrdimensionalen Kommunikation eine matrixwertige Kanalimpulsantwort eingesetzt. Die Übertragung von einer beliebigen Stelle der Batterie zu einer anderen mit vektorwertigem Eingangssignal s(t) = [s1(t)s2(t)]T, vektorwertigem Ausgangssignal e(t) = [e1(t)e2(t)]T, matrixwertiger Kanalimpulsantwort h(t) = [h11(t)h12(t); h21(t)h22(t)] und vektorwertigem Störsignal n(t) = [n1(t)n2(t)]T kann dabei als matrixwertige Faltung (Symbol „·”) dargestellt werden,
Es gilt em(t) = hm1(t)·s1(t) + hm2(t)·s2(t) + nm(t) für m ∊ {1, 2}, wobei das rauschfreie Empfangssignal mit e'(t) = h(t)·s(t) bezeichnet wird. Hierbei bezeichnet der Operator T die Transponierte der Matrix bzw. des Vektors und · die Faltungsoperation. Für die Übertragung kann diese Darstellung des Übertragungssignales genutzt werden, um im Vergleich zu einer eindimensionalen Übertragung entweder im gleichen Frequenzbereich mehr Daten bei etwa gleicher Empfangsqualität zu übertragen (Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Ansatz) oder bei gleicher Datenrate die Übertragungssicherheit und Verfügbarkeit des Kommunikationsmediums deutlich zu erhöhen (Diversity-Empfang).E m (t) = h m1 (t) * s 1 (t) + h m2 (t) * s 2 (t) + n m (t) for m ε {1, 2}, where the noise-free received signal is denoted by e '(t) = h (t) * s (t). Here, the operator T denotes the transpose of the matrix or vector and the convolution operation. For the transmission, this representation of the transmission signal can be used to transmit in comparison to a one-dimensional transmission in the same frequency range more data at about the same reception quality (multiple-input multiple-output (MIMO) approach) or at the same data rate, the transmission reliability and availability of the communication medium to increase significantly (diversity reception).
Bei einer Schätzung der Kanalcharakteristik mit mehreren Dimensionen können aus den matrixwertigen Kanalimpulsantworten topologische Eigenschaften erkannt werden. Besonders sind Änderungen infolge von baulichen Änderungen oder mechanischen Verschiebungen erkennbar. Hierdurch können für die Diagnose Störmuster erkannt werden.When estimating the channel characteristic with several dimensions, topological properties can be recognized from the matrix-valued channel impulse responses. In particular, changes due to structural changes or mechanical displacements are recognizable. As a result, interference patterns can be detected for the diagnosis.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Energie eines zu übertragenden Signals mittels eines Sendevektors v = [v1v2]T auf die mehreren Dimensionen der Kommunikation verteilt. Das Sendesignal s(t) = v·u(t) wird auf Basis eines bestehenden eindimensionalen Ursprung-Signals u(t) gebildet. Um die Energie des Signals auf mehrere Signalwege günstig zu verteilen, wird der Sendevektor v = [v1v2]T optimiert. Der Sendevektor wird hier zur Vereinfachung mit skalaren Gewichtungsfaktoren dargestellt, kann aber im Allgemeinen auch aus entsprechenden Vorfilterimpulsantworten v(t) = [v1(t)v2(t)]T aufgebaut werden, hierfür wird dann das Sendesignal wie folgt durch Faltung der Einzelkomponenten gebildet: s(t) = v(t)·u(t).According to a preferred embodiment, the energy of a signal to be transmitted is distributed to the several dimensions of the communication by means of a transmission vector v = [v 1 v 2 ] T. The transmission signal s (t) = v · u (t) is formed on the basis of an existing one-dimensional origin signal u (t). In order to distribute the energy of the signal favorably over several signal paths, the transmission vector v = [v 1 v 2 ] T is optimized. The transmit vector is shown here for simplification with scalar weighting factors, but can generally also be constructed from corresponding prefilter impulse responses v (t) = [v 1 (t) v 2 (t)] T , then the transmit signal is then converted by convolution Individual components formed: s (t) = v (t) · u (t).
Im Empfänger werden bei einem Empfang des mehrdimensionalen Empfangssignals e(t) die einzelnen Komponenten em(t) wieder mit geeigneter Gewichtung zusammengefügt. Durch diese Vorverarbeitung wird u. a. der Einsatz existierender Empfänger für eindimensionale Signale für die Demodulation und Detektion ermöglicht. Die Kombination der Komponenten im Empfänger wird im Allgemeinen durch ein mehrdimensionales angepasstes Filter (Matched-Filter) mit Impulsantwort w(t) = [w1(t)w2(t)] ausgeführt. Hierdurch ergibt sich das vorverarbeitete Empfangssignal z(t) = w(t)·e(t), welches dann im existierenden Empfänger für eindimensionale Signale weiterverarbeitet werden kann. Im einfachsten Fall lässt sich w(t) auch skalar ausführen, so dass lediglich eine Gewichtung der Empfangspfade mittels w1 und w2 stattfindet. Lässt sich beispielsweise lediglich detektieren, dass mehr Empfangsleistung über Komponente e1(t) als über Komponente e2(t) empfangen wird, so kann in einer einfachen Implementierung eine Pfadumschaltung durch w1 = 1 und w2 = 0 gewählt werden.In the receiver, when the multi-dimensional received signal e (t) is received, the individual components e m (t) are again combined with suitable weighting. This preprocessing enables, inter alia, the use of existing receivers for one-dimensional signals for demodulation and detection. The combination of the components in the receiver is generally performed by a multi-dimensional matched filter with impulse response w (t) = [w 1 (t) w 2 (t)]. This results in the preprocessed received signal z (t) = w (t) * e (t), which then in the existing receiver for one-dimensional signals can be further processed. In the simplest case, w (t) can also be executed scalar, so that only a weighting of the reception paths takes place by means of w 1 and w 2 . For example, if it is only possible to detect that more receive power is received via component e 1 (t) than via component e 2 (t), then in a simple implementation, a path switch by w 1 = 1 and w 2 = 0 can be selected.
In einer detaillierten Darstellung der Empfangskomponenten ergibt sich
Für den zuvor betrachteten Fall mit skalarer Gewichtung ergibt sich entsprechend
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Batteriesystem mit einer Batterie vorgeschlagen, welche mehrere Batterieeinheiten umfasst, die mittels Einheitenverbindern elektrisch miteinander verbunden sind, um an einem Terminal der Batterie Energie bereitzustellen, wobei zumindest einigen Batterieeinheiten, Steuergeräten und/oder Aktorikeinheiten des Batteriesystems Kommunikationseinheiten zugeordnet sind, wobei die Kommunikationseinheiten zur mehrdimensionalen Kommunikation über die Einheitenverbinder eingerichtet sind.According to the invention a battery system is further proposed with a battery comprising a plurality of battery units, which are electrically connected to each other by means of unit connectors to provide energy at a terminal of the battery, wherein at least some battery units, control devices and / or Aktorikeinheiten the battery system are assigned communication units, said Communication units are set up for multi-dimensional communication via the unit connector.
Neben der Anwendung für die Kommunikation zwischen Batterieeinheiten ist jede andere Form der Kommunikation zwischen Sensoren, Steuergeräten und Aktorikeinheiten denkbar, welche mit einer Stromversorgung, d. h. mit einer Energieversorgungsleitung verbunden sind.In addition to the application for communication between battery units, any other form of communication between sensors, control units and Aktorikeinheiten is conceivable, which with a power supply, d. H. are connected to a power supply line.
Vorteilhaft erfolgt zumindest ein Teil der Kommunikation der Kommunikationseinheiten über die Einheitenverbinder. Die Kommunikationseinheiten können zusätzlich hierzu eingerichtet sein, über weitere Kommunikationskanäle zu kommunizieren, beispielsweise über einen SPI-Bus (Serial Peripheral Interface Bus) oder einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus).Advantageously, at least part of the communication of the communication units takes place via the unit connectors. The communication units can additionally be set up to communicate via further communication channels, for example via an SPI bus (Serial Peripheral Interface Bus) or a CAN bus (Controller Area Network Bus).
Die Ankopplung der Kommunikationseinheiten erfolgt mittels eines ersten Anschlusses an einen Einheitenverbinder, welcher bezüglich einer Stromrichtung vor einer der Batterieeinheiten, Steuergeräte oder Aktorikeinheiten angeordnet ist und eines zweiten Anschlusses an einen Einheitenverbinder, welcher an bezüglich der Stromrichtung hinter dieser angeordnet ist. Die Ankopplung der Kommunikationseinheiten an die Einheitenverbinder erfolgt parallel und/oder seriell. Die Ein- und Auskopplung der Signale kann in beliebiger Kombination und Anzahl sowohl parallele als auch serielle Anschlüsse umfassen. Je nach Koppelstelle ist dies ein Optimierungsparameter. Für den Fall, dass ein Träger der Kommunikation die Spannung ist, erfolgt eine parallele Ankopplung jeder der betreffenden Batterieeinheiten, Steuergeräte oder Aktorikeinheiten mittels drei Anschlüssen, wobei der dritte Anschluss an eine Masse gelegt ist.The coupling of the communication units by means of a first connection to a unit connector, which is arranged with respect to a current direction in front of one of the battery units, control units or Aktorikeinheiten and a second terminal to a unit connector, which is arranged with respect to the current direction behind this. The coupling of the communication units to the unit connectors takes place in parallel and / or in series. The coupling and decoupling of the signals can comprise both parallel and serial connections in any combination and number. Depending on the coupling point, this is an optimization parameter. In the event that a carrier of the communication is the voltage, there is a parallel connection of each of the battery units, control units or Aktorikeinheiten means of three terminals, wherein the third terminal is connected to a ground.
Bevorzugt ist das Batteriesystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten die im Rahmen der Verfahren beschriebenen Merkmale für das Batteriesystem, und umgekehrt die im Rahmen des Batteriesystems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.The battery system is preferably designed and / or set up to carry out the methods described herein. Accordingly, the features described in the context of the method for the battery system, and vice versa apply the features described in the context of the battery system according to the method.
Einige Einheiten des Batteriesystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. Insbesondere betrifft das einige Einheiten eines Batteriemanagementsystems des Batteriesystems. So können mehrere Einheiten des Batteriemanagementsystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software implementiert sind. Weiterhin können die Einheiten des Batteriemanagementsystems auch in Hardware, beispielsweise durch Anwendung spezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) oder in Speichereinheiten realisiert sein.Some units of the battery system are to be understood as functional units that are not necessarily physically separated from each other. In particular, this relates to some units of a battery management system of the battery system. Thus, several units of the battery management system can be implemented in a single physical unit, such as when multiple functions are implemented in software. Furthermore, the units of the battery management system can also be realized in hardware, for example by using specific integrated circuits (ASIC) or in memory units.
Die Begriffe Batterie und Batterieeinheit werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batteriezellen können insbesondere Lithiumionenbatteriezellen oder Nickelmetallhydridbatteriezellen sein.The terms battery and battery unit are used in the present description, the usual parlance used for accumulator or Akkumulatoreinheit. The battery cells may in particular be lithium ion battery cells or nickel metal hydride battery cells.
Die Batterieeinheiten des Batteriesystems bezeichnen zumindest eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Batteriestrang oder ein Batteriepack. In der Batterie sind die Batteriezellen vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können sogenannte Batteriedirektkonverter (BDC, Battery Direct Converter) bilden, und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).The battery units of the battery system designate at least one battery cell, a battery module, a battery string, or a battery pack. In the battery, the battery cells are preferably spatially combined and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules. Several modules can be called so-called battery direct converters (BDC, Battery Direct Converter), and multiple battery direct converters make up a battery direct inverter (BDI, Battery Direct Inverter).
Bevorzugt umfasst das Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem mit mehreren Sensorsteuergeräten, wobei jedes Sensorsteuergerät zumindest einer Batterieeinheit zugeordnet ist und wobei zumindest einige der Sensorsteuergeräte die Kommunikationseinheiten aufweisen, welche zur mehrdimensionalen Kommunikation über die Einheitenverbinder eingerichtet sind.Preferably, the battery system comprises a battery management system having a plurality of sensor control devices, each sensor control device being associated with at least one battery unit, and at least some of the sensor control devices having the communication units configured for multi-dimensional communication via the device connectors.
Bevorzugt umfasst das Batteriemanagementsystem außerdem ein Hauptsteuergerät, wobei das Hauptsteuergerät eine weitere Kommunikationseinheit aufweist, welche zur Kommunikation mit den Kommunikationseinheiten der Sensorsteuergeräte eingerichtet ist.The battery management system preferably also comprises a main control unit, wherein the main control unit has a further communication unit which is set up for communication with the communication units of the sensor control units.
In dem Batteriesystem kann also insbesondere eine autonome Kommunikation zwischen den Batterieeinheiten, Steuergeräten und/oder Aktorikeinheiten erfolgen oder eine Kommunikation zwischen einem Hauptsteuergerät und mehreren untergeordneten Sensorsteuergeräten.In particular, an autonomous communication between the battery units, control units and / or actuator units can take place in the battery system or a communication between a main control unit and a plurality of subordinate sensor control units.
Bevorzugt ist zumindest ein Einheitenverbinder eine Stromschiene. Durch die mehrdimensionale Kommunikation wird der hohen Ausbreitungsdämpfung, Verzerrung und Einfügedämpfung der Signale auf der Stromschiene Rechnung getragen.At least one unit connector is preferably a busbar. Multi-dimensional communication accommodates the high propagation loss, distortion and insertion loss of the signals on the power rail.
Nach bevorzugten Ausführungsformen weisen die Kommunikationseinheiten auf einer Senderseite ein Ausgangsfilter auf. Durch Einsatz von Ausgangsfiltern auf Senderseite ist eine Vorverzerrung des Signals möglich. Hierbei wird die zuvor beschriebene mehrdimensionale Vorfilterimpulsantwort v(t) optimiert und die einzelnen Komponenten vn(t) entsprechend belegt.According to preferred embodiments, the communication units have an output filter on a transmitter side. By using output filters on the transmitter side, a predistortion of the signal is possible. In this case, the previously described multi-dimensional prefilter impulse response v (t) is optimized and the individual components v n (t) occupied accordingly.
Die Kommunikationseinheiten weisen in einigen Ausführungsformen auf einer Empfängerseite ein Eingangsfilter auf. Insbesondere für den Diversity-Empfang ist eine Entzerrung des Signals durch Einsatz von Empfängereingangsfilter am Empfänger möglich. Hierbei wird die zuvor beschriebene mehrdimensionale Impulsantwort w(t) optimiert und die einzelnen Komponenten wn(t) entsprechend belegt.The communication units have an input filter on a receiver side in some embodiments. In particular for diversity reception, it is possible to equalize the signal by using receiver input filters at the receiver. In this case, the multidimensional impulse response w (t) described above is optimized and the individual components w n (t) are correspondingly assigned.
Für die Entzerrung des Empfangssignals sind alle bekannten Entzerrungsverfahren (z. B. Decision-Feedback Equalization (DFE), Delayed Decision-Feedback Sequence Estimation (DDFSE), Reduced-State Sequence Estimation (RSSE)) einsetzbar. Die entsprechende Vorfilterung der Entzerrung kann mit der Gewichtungsfunktion w(t) kombiniert werden.For the equalization of the received signal, all known equalization methods (eg, Decision-Feedback Equalization (DFE), Delayed Decision-Feedback Sequence Estimation (DDFSE), Reduced-State Sequence Estimation (RSSE)) can be used. The corresponding pre-filtering of the equalization can be combined with the weighting function w (t).
Ein wesentliches Optimierungskriterium für die Optimierung der Sende- und Empfangsfilter stellt das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR, signal to noise ratio) dar. Durch Betrachtung der Signal- und Störleitung nach dem Empfangsfilter (auf dem Signal z(t)) können die Filter hinreichend gut eingestellt werden. Bei vereinfachter Annahme von Additivem Weißem Gauß'schem Rauschen (AWGN, additive white gaussian noise) liefert die Optimierung das Ergebnis des angepassten Filters (Matched-Filter).An essential optimization criterion for the optimization of the transmit and receive filters is the signal-to-noise ratio (SNR). By looking at the signal and interference line after the receive filter (on the signal z (t)), the filters be adjusted sufficiently well. With simplified assumption of Additive White Gaussian Noise (AWGN), the optimization yields the result of the matched filter.
Für die Optimierung des Empfangs mit eindimensionalem Empfangssignal, aber mehrdimensionalem Sendesignal ist der Einsatz von Raum-Zeit-Kodierung (Space-Time-Coding) möglich.For the optimization of the reception with one-dimensional received signal, but multi-dimensional transmission signal, the use of space-time coding (space-time coding) is possible.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst. In einigen Varianten kann vorgesehen sein, dass die Batterie des Hybridfahrzeugs intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden kann. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV, Plug-In Hybrid Electric Vehicle) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen.According to the invention, a motor vehicle is also provided with such a battery system, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle. The motor vehicle may be configured as a pure electric vehicle and exclusively comprise an electric drive system. Alternatively, the motor vehicle may be configured as a hybrid vehicle comprising an electric drive system and an internal combustion engine. In some variants it can be provided that the battery of the hybrid vehicle can be charged internally via a generator with excess energy of the internal combustion engine. Externally rechargeable hybrid vehicles (PHEV, plug-in Hybrid Electric Vehicle) also provide the option of charging the battery via the external power grid.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigenShow it
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals, wherein in individual cases a repeated description of these components is dispensed with. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Verbraucher
Die Batterieeinheiten
Die dargestellte endständige Batterieeinheit
Die Einheitenverbinder
Das Batteriesystem
Die Sensorsteuergeräte
Neben der Kommunikation über den Kommunikationskanal ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Kommunikation des Hauptsteuergeräts
In
Im Ausführungsbeispiel ist für die endständige Batterieeinheit
Ebenso erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Ankopplung der Kommunikationseinheit
Die Kommunikationseinheit
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the described embodiments. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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