DE102015108160B4

DE102015108160B4 - Batteriemanagementsystem

Info

Publication number: DE102015108160B4
Application number: DE102015108160.1A
Authority: DE
Inventors: Günter Hofer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2035-05-23
Also published as: US10305293B2; CN105186589A; US20150340888A1; CN105186589B; DE102015108160A1

Abstract

System, umfassend:- eine Vielzahl von Batteriezellen (101-1 - 101-12) einer Batterie (102), wobei die Batteriezellen (101-1 - 101-12) mittels einer Stromnetzleitung (180) elektrisch in Serie geschaltet sind,- eine Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3), wobei jede der Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batteriezellen (101-1 - 101-12) assoziiert ist, wobei jede Vorrichtung (111, 111-1 - 111-3) umfasst:- eine Steuereinheit (510), die eingerichtet ist, um einen Betriebsparameter (620) der assoziierten Batteriezelle (101-1 - 101-12) zu überwachen,- eine Schnittstelle (520), die mit der Stromnetzleitung (180) gekoppelt ist, und die eingerichtet ist, um Steuerdaten (610) mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung (180) zu übertragen,- eine Transpondereinheit (110), die eine Schnittstelle (520) umfasst, die mit der Stromnetzleitung (180) gekoppelt ist, und die eingerichtet ist, um die Steuerdaten (610) zu und von jeder der Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) mittels mindestens einem von Lastmodulation und Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu übertragen,- eine Mastereinheit (120), die eingerichtet ist, um die Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) zu steuern, und die eine Schnittstelle umfasst, wobei die Schnittstelle der Mastereinheit (120) eingerichtet ist, um die Steuerdaten (610) zu und von der Schnittstelle der Transpondereinheit (110) zu übertragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren, Vorrichtungen und Systeme, die verwendet werden, um einen Betriebsparameter einer Batterie zu überwachen.
HINTERGRUND
In verschiedenen technischen Gebieten werden Batterien als Energieversorgung verwendet. Solche technischen Gebiete umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf:

Automobilanwendungen, wie beispielsweise Zünderbatterien und
Batterien von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, Luftfahrtanwendungen, tragbare Vorrichtungen, etc.

Jede Batterie kann eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen. Weiterhin kann eine Vielzahl von Batterien elektrisch in Serie mittels einer Stromnetzleitung geschaltet sein. Ein Batteriestapel wird ausgebildet. Durch eine solche Serienschaltung kann eine definierte Spannung bereitgestellt werden, wobei die Spannung mehr als zehn, mehr als hundert, zweihundert oder fünfhundert Volt betragen kann.
Manchmal werden Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt. BMS können ein oder mehrere Vorrichtungen umfassen, die eingerichtet sind, um mindestens einen Betriebsparameter der Batteriezellen der Batterien zu überwachen. Der mindestens eine Betriebsparameter kann z.B. indikativ für einen Ladungszustand (englisch state of charge, SOC) des Batteriestapels und/oder eine Batteriealterung (englisch state of health, SOH) der Batterie sein. Eine Mastereinheit kann diese oder entsprechende Parameter bestimmen und sie für das Batteriemanagement einsetzen. Häufig ist die Logik des BMS in der Mastereinheit angesiedelt, die eingerichtet ist, um die Vorrichtungen zu steuern. Kontrolldaten werden zwischen der Mastereinheit und den Vorrichtungen ausgetauscht.
In herkömmlichen Systemen wird typischerweise dedizierte Steuersignal-Verkabelung zwischen der Mastereinheit und jeder Vorrichtung bereitgestellt. Manchmal werden serielle lineare oder sternförmige Bussysteme für das Signalisieren der Steuerdaten eingesetzt. Dies kann in bestimmten Nachteilen resultieren.
Zum Beispiel kann die Steuersignal-Verkabelung signifikanten Bauraum und Ressourcen erforderlich machen. Sie kann Verschleiß und Betriebsausfällen ausgesetzt sein. Bussysteme können in ortsabhängigem Erhitzen aufgrund von verschiedenen Stufen von Arbeitsbelastung der unterschiedlichen Vorrichtungen in Abhängigkeit ihrer Position in dem Bussystem in Bezug auf die Mastereinheit resultieren. Weiterhin kann, insbesondere wenn ein serielles Bussystem eingesetzt wird, der Datenverkehr in manchen Teilen des Bussystems vergleichsweise hoch sein, was Verzögerungen in der Übertragung der Steuerdaten resultiert. Ein Datenstau der Datenübertragung kann resultieren.
Die US 2014 / 0 042 957 A1 betrifft eine Energiespeicherzelle für eine Energiespeichervorrichtung mit mehreren Zellen. Die Energiespeicherzelle umfasst eine Zellinformationsspeichervorrichtung zum Erfassen, Speichern und Kommunizieren von Zellinformationen. Ein Zellinformationsspeicherschaltkreis verwendet eine Lastmodulationstechnik für eine Kommunikation mit einer Zellenüberwachung.
Die DE 698 37 816 T2 betrifft ein Energieverwaltungssystem zur Verwendung mit einem elektrischen Fahrzeug. Das Energieverwaltungssystem umfasst eine Steuereinheit und mehrere Batteriesteuermodule, die jeweils einer Batterie zugeordnet sind. Jedes Batteriesteuermodul umfasst einen RF-Sender, der mit einem Hauptleiter verbunden ist, um ein RF-Signal über den Hauptleiter an die Steuereinheit zu übertragen.
Die DE 10 2013 203 858 A1 betrifft Systeme zur Geräteidentifikation. Dabei umfasst ein repräsentatives System ein erstes Gerät, das eine erste Stromleitung und einen ersten Steckverbinder aufweist, und ein zweites Gerät, das eine zweite Stromleitung und einen zweiten Steckverbinder aufweist, wobei der zweite Steckverbinder geformt ist, um mit dem ersten Steckverbinder so zusammengepasst zu werden, dass das erste Gerät elektrisch mit dem zweiten Gerät kommuniziert. Das erste Gerät ist betriebsfähig, um eine an der ersten Stromleitung auftretende Impedanz zu modulieren. Das zweite Gerät ist betriebsfähig, um die modulierte Impedanz zu erkennen und die modulierte Impedanz mit einer Identifikation des ersten Gerätes zu korrelieren.
Die US 2013 / 0 285 616 A1 betrifft eine Batterievorrichtung mit einer Batterie und einem integrierten Schaltkreis. Gleichstromenergie der Batterie wird über Stromleitungen ausgegeben. Mittels des integrierten Schaltkreises wird eine gespeicherte Batterieinformation über die Stromleitungen durch eine Lastmodulation eines Wechselstromsignals ausgegeben.
ZUSAMMENFASSUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken des Batteriemanagements, die zumindest einige der obengenannten Einschränkungen oder Nachteile vermeiden.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein System. Das System umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen einer Batterie, die mittels einer Stromnetzleitung elektrisch in Serie geschaltet sind. Das System umfasst weiterhin eine Vielzahl von Vorrichtungen, wobei jede der Vielzahl von Vorrichtungen mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batteriezellen assoziiert ist. Jede der Vorrichtungen umfasst eine Steuereinheit und eine Schnittstelle. Die Steuereinheit ist eingerichtet, um einen Betriebsparameter mindestens einer assoziierten Batteriezelle zu überwachen. Die Schnittstelle ist mit der Stromnetzleitung gekoppelt ist und ist eingerichtet, um Steuerdaten mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung zu übertragen.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombination verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombination oder isoliert ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

1 illustriert ein herkömmliches BMS.
2 illustriert schematisch ein BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen.
3 illustriert schematisch ein BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen.
4 illustriert schematisch ein BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei das BSM Satellitenüberwachungsvorrichtungen umfasst.
5 illustriert eine Batterie und eine zugehörige Überwachungsvorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen.
6 illustriert eine Batterie, Satellitenüberwachungsvorrichtungen und eine Überwachungsvorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen.
7 illustriert paketierte Steuerdaten.
8 illustriert ein BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen in größerem Detail.
9 illustriert ein BMS verschiedener Ausführungsformen im größeren Detail.
10 illustriert eine Satellitenüberwachungsvorrichtung und eine Überwachungsvorrichtung eines BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen.
11 illustriert einen Kompensationsstrom, der beim Lastmodulieren eines Stromnetzleitungssignals gemäß verschiedener Ausführungsformen auftritt.
12 illustriert einen Kompensationsstrom, der beim Lastmodulieren eines Stromnetzleitungssignals in einer Batterie eines BMS gemäß verschiedener Ausführungsformen auftritt.
13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass diese Ausführungsformen nur zu Illustrationszwecken dienen und nicht als den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung einschränkend ausgelegt werden sollen. Zum Beispiel können, während Ausführungsformen als eine Vielzahl von Elementen umfassend beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen diese Elemente ausgelassen und/oder durch alternative Elemente ersetzt werden. In weiteren Ausführungsformen können zusätzliche Elemente bereitgestellt werden. Darüber hinaus können Elemente von verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um zusätzliche Ausführungsformen auszubilden, außer es ist ausdrücklich anderweitig angemerkt.
Die Zeichnungen sollen als schematische Wiedergaben aufgefasst werden und Elemente, die in den Zeichnungen dargestellt sind, werden nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen Elemente derart dargestellt, dass ihre Funktion und allgemeiner Zweck für einen Fachmann verständlich wird. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen funktionalen Blöcken, Vorrichtungen, Komponenten oder anderen physikalischen oder funktionellen Einheiten, die in den Zeichnungen gezeigt sind oder hierin beschrieben sind, können auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Kopplung zwischen Komponenten kann auch über eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Funktionale Blöcke können als Hardware, Firmware, Software oder eine Kombination hieraus implementiert werden.
Direkte Verbindungen oder Kopplungen, die in den Zeichnungen gezeigt sind oder hierin beschrieben sind, d.h. Verbindungen und Kopplungen ohne zwischengeschaltete Elemente, können durch indirekte Verbindungen oder Kopplungen, d.h. Verbindungen oder Kopplungen, die ein oder mehrere zwischengeschaltete Elemente umfassen, ersetzt werden und anders herum, solange als die allgemeine Funktionsweise der entsprechenden Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel um eine bestimmte Art von Information zu übertragen, beibehalten wird. Während in manchen Ausführungsformen Verbindungen oder Kopplungen, die in den Zeichnungen gezeigt sind oder hierin beschrieben sind, als drahtgebundene Verbindung oder Kopplung implementiert werden können, zum Beispiel unter Verwendung von Leiterbahnen innerhalb eines Schaltkreises, können in anderen Ausführungsformen manche oder alle solcher Verbindungen oder Kopplungen auch durch drahtlose Verbindungen oder Kopplungen implementiert werden, außer dies ist ausdrücklich anderweitig angemerkt.
In verschiedenen Gebieten, die Batterien betreffen, existiert ein Bedarf für fortgeschrittene Techniken des Batteriemanagements, die Nachteile, wie sie voranstehend genannt wurden, vermeiden. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken des Batteriemanagements, die einen sparsamen und effizienten und betriebssicheres Signalisieren von Steuerdaten ermöglichen.
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung, die eine Steuereinheit umfasst, die eingerichtet ist, um einen Betriebsparameter einer Batteriezelle zu überwachen. Die vorliegende Anmeldung betrifft auch ein System und ein korrespondierendes Verfahren. Nachfolgend werden Techniken des Batteriemanagements einer oder mehrerer Batterien, die jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, beschrieben. Typischerweise ist eine Vielzahl von Batterien elektrisch in Serie über eine Stromnetzleitung geschaltet, wodurch ein Batteriestapel ausgebildet wird. Die Batteriezellen jeder Batterie sind entsprechend elektrisch in Serie geschaltet. Anstatt von dedizierten Steuersignalleitungen für Kommunikation zwischen Überwachungsvorrichtungen und einer Mastereinheit werden die Steuerdaten mittels der Stromnetzleitung gesendet und/oder empfangen, d.h. übertragen. Um dies zu erreichen, werden die Steuerdaten auf ein Stromnetzleitungssignal der Stromnetzleistung moduliert, d.h. Stromnetzleitungssignalisierung wird eingesetzt. Robuste und effizientes Stromnetzleitungssignalisieren wird durch Lastmodulation und/oder Lastdemodulation erreicht.
Die Techniken können auf verschiedenen Hierarchieebenen der BMS-Architektur angewendet werden. Insbesondere kann Stromnetzleitungssignalisierung mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation einerseits für Kommunikation mit Satellitenüberwachungsvorrichtungen, die mit einer Batteriezelle (Batteriezellenebene) assoziiert sind, eingesetzt werden und/oder auf der anderen Seite für Kommunikation mit Überwachungsvorrichtungen, die mit einer Batterie (Batterieebene) assoziiert sind, eingesetzt werden.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird eine Vorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um einem Betriebsparameter von mindestens eine Batteriezelle einer Batterie zu überwachen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Schnittstelle, die mit einer Stromnetzleitung der Batterie gekoppelt ist. Die Schnittstelle ist eingerichtet, um Steuerdaten mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung zu übertragen.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt. Das System umfasst eine Vielzahl von Batterien, die elektrisch in Serie mittels einer Stromnetzleitung geschaltet sind. Das System umfasst weiterhin eine Vielzahl von Vorrichtungen. Jeder der Vielzahl von Vorrichtungen ist mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batterien assoziiert. Jede Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um einen Betriebsparameter mindestens einer Batteriezelle der assoziierten Batterie zu überwachen. Jede Vorrichtung umfasst weiterhin eine Schnittstelle, die mit der Stromnetzleitung gekoppelt ist und die eingerichtet ist, um Steuerdaten mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung zu übertragen.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt. Das System umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen einer Batterie. Die Batteriezellen sind elektrisch in Serie mittels einer Stromnetzleitung geschaltet. Das System umfasst weiterhin eine Vielzahl von Vorrichtungen. Jede der Vielzahl von Vorrichtungen ist mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batteriezellen assoziiert. Jede Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um einen Betriebsparameter der assoziierten Batteriezelle zu überwachen. Jede Vorrichtung umfasst weiterhin eine Schnittstelle, die mit der Stromnetzleitung gekoppelt ist. Die Schnittstelle ist eingerichtet, um Steuerdaten mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung zu übertragen.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen können andere Vorrichtungen, Systeme oder Verfahren bereitgestellt werden. Solche Ausführungsformen gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
In 1 ist ein herkömmliches BMS 100 gezeigt. Das BMS 100 umfasst drei Batterien 102, die elektrisch in Serie mittels der Stromnetzleitung 180 geschaltet sind. Die Vielzahl von Batterien 102 wird manchmal als Batteriestapel bezeichnet. Zwischen Eingang und Ausgang der Stromnetzleitung 180 wird eine Spannung bereitgestellt (in 1 mit HV+ und HVbezeichnet); diese Spannung ist typischerweise die Summe der Leerlaufspannungen der Vielzahl von Batterien 102. Daraus resultiert, dass sich jede der Batterien auf einem anderen Spannungsniveau befindet.
Wie beispielhaft für eine der Batterien gezeigt, umfasst jede Batterie 102 eine Vielzahl von Batteriezellen 101-1 - 101-12, die elektrisch mittels der Stromnetzleitung 180 innerhalb jeder Batterie 102 in Serie geschaltet sind. Das BMS 100 umfasst weiterhin eine Vielzahl von Überwachungsvorrichtungen 110. Jede der Vielzahl von Überwachungsvorrichtungen 110 ist mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batterien 102 assoziiert. Um dies zu erreichen, sind Steuersignalleitungen 190 zwischen der Überwachungsvorrichtung 110 und den Batterien 102 bereitgestellt. Zum Beispiel können ein oder mehrere Sensoren innerhalb oder nahe bei der Batterie 102 angeordnet sein; die Sensoren können ausgelesen werden und/oder gesteuert werden mittels der Steuersignalleitung 190. Die Überwachungsvorrichtungen 110 sind eingerichtet, um ein oder mehrere Betriebsparameter der Batteriezellen 101-1 - 101-12 der Batterien 102 zu überwachen.
Weiterhin ist eine Mastereinheit 120 bereitgestellt, die eingerichtet ist, um die Vielzahl von Überwachungsvorrichtungen 110 zu steuern. Um dies zu erreichen, ist eine Steuersignalleitung 181 bereitgestellt. Die Überwachungsvorrichtungen 110 sind über ein serielles Bussystem, das durch die Steuersignalleitung 181 ausgebildet wird, mit der Mastereinheit 120 verbunden. Isolatoren 130 sind zwischen den verschiedenen Überwachungsvorrichtungen 110 und der Mastereinheit 120 jeweils bereitgestellt. Die Isolatoren 130 DC-entkoppeln bzw. AC-koppeln die verschiedenen Überwachungsvorrichtungen 110 und die Mastereinheit 120, da diese Entitäten 110, 120 sich typischerweise auf unterschiedlichen Spannungsniveaus befinden, wie obenstehend beschrieben.
Typischerweise ist die Steuerlogik in der Mastereinheit 120 angesiedelt. Die Überwachungsvorrichtungen 110 können mit vergleichsweise weniger oder keiner Logik ausgestattet sein und können der Mastereinheit 120 antworten und Bericht erstatten; dies wird in dem nachfolgenden Beispiel illustriert: die Mastereinheit 120 sendet paketierte Steuerdaten an jede der Überwachungsvorrichtungen 110, um den Betrieb zu steuern; diese paketierten Steuerdaten können einen Befehl als Payload beinhalten. Als Reaktion auf das Empfangen von solchen Steuerdaten ist jede Überwachungsvorrichtung 110 eingerichtet, um den Betriebsparameter der assoziierten Batteriezellen 101-1 - 101-12 zu überwachen. Dann können die paketierten Steuerdaten von der entsprechenden Überwachungsvorrichtung 110 an die Mastereinheit 120 gesendet werden; diese Steuerdaten können den Betriebsparameter, der vorangehend durch die entsprechende Überwachungsvorrichtung 110 bestimmt wurde, als Payload beinhalten. Dadurch kann die Mastereinheit 120 die Betriebsparameter der verschiedenen Batteriezellen 101-1 - 101-12 und Batterien 102 des BMS 100 sammeln und daraus einen Statusparameter sowie zum Beispiel SOC und/oder SOH und/oder Überspannung und/oder Unterspannung und/oder Übertemperatur berechnen. Dadurch kann überprüft werden, ob bestimmte Sicherheitserfordernisse erfüllt werden, d.h. ob die Batterie in einem sicheren Zustand betrieben wird.
Das BMS 100 der 1 hat bestimmte Nachteile. Zum Beispiel kann der Datenverkehr der Steuerdaten derjenigen Überwachungsvorrichtungen 110, die sich näher an der Mastereinheit 120 befinden, den Datenverkehr derjenigen Überwachungsvorrichtungen 110, die sich weiter entfernt von der Mastereinheit 120 befinden, übersteigen. Ein Energieverbrauch bzw. eine Erwärmung der Überwachungsvorrichtungen 110 kann proportional zu dem Datenverkehr sein; dadurch kann ein ortsabhängiges Erwärmen der Überwachungsvorrichtungen 110 in dem BMS 100 stattfinden. Dies kann in ortsabhängigem Verschleiß der Überwachungsvorrichtungen 110 resultieren. Dies kann die Zuverlässigkeit reduzieren und Wartungskosten erhöhen. Weiterhin resultiert typischerweise der erhöhte Energieverbrauch bestimmter Überwachungsvorrichtungen 110 in einer schnelleren Entladung der assoziierten Batterie 102; die assoziiert Batterie 102 wird nämlich häufig dazu verwendet, um die assoziierte Überwachungsvorrichtung 110 mit Energie zu versorgen. Dann können bestimmte Batterien 102 sich schneller oder langsamer als andere Batterien 102 entladen. Darüber hinaus kann die Steuersignalleitung 181 teuer in der Herstellung sein, Bauraum in dem BMS 100 benötigen und anfällig für Betriebsfehler sein. Darüber hinaus kann die Datenverkehrkapazität der Steuersignalleitung 181 begrenzt sein. Insbesondere können eine Vielzahl der Überwachungsvorrichtungen 110 mittels ein und demselben Leitungsabschnitt der Steuersignalleitung 181 kommunizieren. Dadurch können Steuerdaten, die mittels der Steuersignalleitung 181 gesendet werden sollen, aufgrund eines Datenstaus verzögert sein.
In 2 ist eine schematische Illustration eines BMS 200 gemäß verschiedener Ausführungsformen gezeigt. Dabei ist die dedizierte Steuersignalleitung 181 herkömmlicher Systeme (vgl. 1) durch Stromnetzleitungssignalisierung über die Stromnetzleitung 180 ersetzt. Die Steuerdaten werden auf das Stromnetzleitungssignal aufmoduliert. Um dies zu erreichen, ist die Mastereinheit 120 mit der Stromnetzleitung 180 gekoppelt. Darüber hinaus kann jede der Überwachungsvorrichtungen 110 mit der Stromnetzleitung 180 gekoppelt sein.
Ein alternatives Szenario eines BMS 300 ist in 3 gezeigt. Dabei ist die Mastereinheit 120 eines BMS 300 direkt mittels Steuersignalleitung 190 mit einer der Überwachungsvorrichtungen 110 gekoppelt, die als ein Transponder für Steuerdaten, die zwischen der Mastereinheit 120 und den übrigen Überwachungsvorrichtungen 110 ausgetauscht werden, arbeiten kann.
In 4 ist ein BMS 400, welches Überwachungsvorrichtungen 110 sowie Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 umfasst, gezeigt. Jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 ist mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batteriezellen 101-1 - 101-12 (nicht in 4 gezeigt) assoziiert. Die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 können sich innerhalb des Gehäuses der entsprechenden Batterien 102 befinden. Manche der Aufgaben, die herkömmlicher Weise den Überwachungsvorrichtungen 110 zugeordnet sind, können durch die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 durchgeführt werden, zum Beispiel das Überwachen von bestimmten Betriebsparametern wie zum Beispiel Druck, Ausdehnung und Temperatur der assoziierten Batteriezelle.
In dem Szenario der 4 kann jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 eingerichtet sein, um die Steuerdaten mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu übertragen. Durch solche Mittel kann jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 direkt mit der Mastereinheit 120 und/oder mit der zugehörigen Überwachungsvorrichtung 110 kommunizieren. In dem zuletzt genannten Fall können die Überwachungsvorrichtungen 110 als Transponder arbeiten und eingerichtet sein, um die Steuerdaten, die zwischen der Mastereinheit 120 und den Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 ausgetauscht werden, weiterzuleiten. In jedem Fall können die Überwachungsvorrichtungen 110 selbst eingerichtet sein, um mit der Mastereinheit 120 mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu kommunizieren.
In 5 ist eine detailliertere Ansicht einer Überwachungsvorrichtung 110, die mit einer Batterie 102 assoziiert ist, gezeigt. Die Batterie 102 umfasst drei Batteriezellen 101-1, 101-2, 101-3. Natürlich ist es möglich, dass die Batterie 102 eine größere oder kleinere Anzahl von Batteriezellen 101-1 - 101-3 umfasst. Häufig wird eine Anzahl in der Größenordnung von 12, 24 oder 48 Batteriezellen 101-1 - 101-3 eingesetzt. Eine Steuersignalleitung 190 ist zwischen der Überwachungsvorrichtung 110 und der Batterie 102 bereitgestellt; in dem Szenario der 5 ist eine dedizierte Steuersignalleitung 190 für jede der Batteriezellen 101-1 - 101-3 bereitgestellt. Eine Steuerentität 510 der Überwachungsvorrichtung 110 ist eingerichtet, um die entsprechenden Betriebsparameter der drei Batteriezellen 101-1 - 101-3 mittels der Steuersignalleitung 190 zu überwachen. Für diesen Zweck kann an dem Ort der entsprechenden Batteriezelle 101-1 - 101-3 eine Sensorvorrichtung oder Entsprechendes (nicht in 5 gezeigt) bereitgestellt sein.
Es ist möglich, dass die Steuerentität 510 eingerichtet ist, um ein oder mehrere Betriebsparameter zu überwachen. Zum Beispiel können der Betriebsparameter mindestens einen Parameter umfassen, der besteht aus: Druck der entsprechenden Batteriezelle 101-1 - 101-3; Temperatur der entsprechenden Batteriezelle 101-1 - 101-3; Farbe einer Elektrode der mindestens einen Batteriezelle 101-1 - 101-3; Ausdehnung der mindestens einen Batteriezelle 101-1 - 101-3; Spannung über die mindestens eine Batteriezelle 101-1 - 101-3; und Spannung über die Batterie 102. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerentität 510 eingerichtet sein, um die Gesamtspannung über die gesamte Batterie 102 zu überwachen. Andere Betriebsparameter sind denkbar. Solche Betriebsparameter, wie sie obenstehend genannt wurden, können geeignet sein, um den SOC und/oder den SOH der Batterie 102 zu bestimmen. Typischerweise kann es möglich sein, eine Konzentration bestimmter Materialien, zum Beispiel Lithium, aus der Farbe der Elektroden zu bestimmen.
Überwachen des Betriebsparameters kann bedeuten: als Reaktion auf einen Steuerbefehl, Sensieren des Betriebsparameters; und/oder zu vorgegebenen Wiederholzeiten, Sensieren des Betriebsparameters.
Lithiumionenzellen oder jede andere Art von wiederaufladbaren Zelle können als Batteriezellen 101-1 - 101-3 verwendet werden, wie zum Beispiel NiZn-Zellen, NiMH-Zellen, NiCd-Zellen, Bleisäure-Zellen etc. Jede der Zellen kann zum Beispiel eine Spannung zwischen zum Beispiel 1 V und 6 V, zwischen 1 V (oder 2 V) und 4 V oder zwischen 3 V und 4 V etc. bereitstellen.
Wie in 5 gezeigt, umfasst die Überwachungsvorrichtung 110 weiterhin eine Schnittstelle 520. Die Schnittstelle 520 ist eingerichtet, um die Steuerdaten mittels Lastmodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung 180 zu senden. Die Schnittstelle 520 ist weiterhin eingerichtet, um die Steuerdaten mittels Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu empfangen. Dadurch kann mittels der Schnittstelle 520 bidirektionale Kommunikation mit der Mastereinheit 120 erreicht werden. Dazu kann, wie in 5 gezeigt, die Schnittstelle 520 einen Zweig der Stromnetzleitung 180, der elektrisch parallel zur Batterie 102 geschaltet ist, d.h. elektrisch parallel zu den drei Batteriezellen 101-1 - 101-3 der Batterie 102 geschaltet ist, manipulieren. Insbesondere kann eine Last, die mit diesem Zweig der Stromnetzleitung 180 assoziiert werden, manipuliert werden, wenn Techniken der Lastmodulation und Lastdemodulation eingesetzt werden.
In 6 ist ein Szenario gezeigt, in dem jede der Batteriezellen 101-1 - 101-3 mit einer Satellitenüberwachungsvorrichtung 111-1 - 111-3 assoziiert ist. Jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 umfasst eine Steuerentität 510, die eingerichtet ist, um den Betriebsparameter der zugehörigen Batteriezelle 101-1 - 101-3 zu überwachen. Weiterhin umfasst jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 eine Schnittstelle 520, die mit einem entsprechenden Zweig der Stromnetzleitung 180 gekoppelt ist und die eingerichtet ist, um Steuerdaten mittels Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu empfangen und die weiterhin eingerichtet ist, um Steuerdaten mittels Lastmodulation des Stromnetzleitungssignals zu senden. Die Überwachungsvorrichtung 110 und die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 können gemäß gängiger Techniken betrieben werden. Der bestimmte Betriebsparameter, der im Gegensatz zur Überwachungsvorrichtung 110 durch eine der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 überwacht wird, kann jedoch verschieden sein. Zum Beispiel kann die Überwachungsvorrichtung 110 eingerichtet sein, um die Gesamtspannung über die Batterie 102 zu überwachen; entsprechend kann jede der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 eingerichtet sein, um den Druck und die Temperatur und die Ausdehnung der entsprechenden Batteriezelle 101-1 - 101-3 zu überwachen.
In einem einfachen Szenario sind sowohl die Überwachungsvorrichtung 110 als auch die Satellitenüberwachungsvorrichtung 111-1 - 111-3 eingerichtet, um Steuerdaten mittels Lastmodulation an die Mastereinheit 120 zu senden. Zum Beispiel kann die Satellitenüberwachungsvorrichtung 111-1 - 111-3 eingerichtet sein, um die Steuerdaten direkt zur Mastereinheit 120 zu senden. Jedoch wäre es auch möglich, dass die Überwachungsvorrichtung 110 als ein Transponder für die Steuerdaten, die durch die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 gesendet werden und die durch die Mastereinheit 120 an die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-3 gesendet werden, arbeitet.
In 7 sind Details der Steuerdaten 610 gezeigt. Die Steuerdaten können paketierte Daten sein, die einen Header 611, einen Payload-Abschnitt 612 und eine Prüfsumme 613 umfassen. Die Prüfsumme 613 kann verwendet werden, um eine Wahrscheinlichkeit für Übertragungsfehler zu reduzieren. Der Payload-Abschnitt 612 trägt variable Information, die zum Beispiel den Betriebsparameter 620 oder einen Befehl, der an eine der Überwachungsvorrichtungen 110 oder an eine der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111, 111-1 - 111-3 gerichtet ist, betrifft. In dem Szenario der 7 ist Information betreffend drei Betriebsparameter 620, die die Temperatur, den Druck und den Spannungsabfall über eine bestimmte Batteriezelle 101-1 - 101-12 betreffen, in dem Payload-Abschnitt 612 beinhaltet. Wie obenstehend erwähnt, können verschiedene Informationen in dem Payload-Abschnitt 612 beinhaltet sein. Zum Beispiel könnten die Steuerdaten 610 indikativ sein für mindestens ein Element, welches aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus: eine Identifikation der mindestens einen Batteriezelle 101-1 - 101-12 oder der Batterie 102; eine Identifikation der Überwachungsvorrichtung 110 und/oder der Satellitenüberwachungsvorrichtung 111, 111-1 - 111-3; der Betriebsparameter 620; ein Steuerbefehl für die Steuereinheit 510; und ein Verbindungsaufbauparameter.
Die Identifikation kann mit einem Ersteller oder Empfänger der bestimmten Steuerdaten 610 assoziiert sein; sie kann auch in dem Header-Abschnitt 611 beinhaltet sein. Wie aus 7 ersichtlich, können mittels der Identifikation die paketierten Steuerdaten 610 selektiv zwischen der Mastereinheit 120 und einer entsprechenden Überwachungsvorrichtung 110, 111-1 - 111-3, die derart identifiziert wird, kommuniziert werden, d.h. Punkt-zu-Punkt-Kommunikation kann implementiert werden. Es ist auch möglich, dass Punkt-zu-Multipunkt-Techniken angewendet werden.
Mehrere Pakete der Steuerdaten 610 können mittels der Stromnetzleitung 180 mittels Zeitmultiplexing gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Steuerdaten 610 mittels Frequenzmultiplexing gesendet werden. Dabei können unterschiedliche Ersteller, die den verschiedenen Überwachungsvorrichtungen 110, 111 oder der Mastereinheit 120 entsprechen, eingerichtet sein, um die Steuerdaten mittels unterschiedlicher Modulationskanäle, d.h. in unterschiedlichen Frequenzbändern, zu senden. Mittels solcher Techniken kann der Datendurchsatz erhöht werden.
Bezug nehmend auf 8 sind Details der Lastmodulation und Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals gezeigt. In dem Szenario der 8 sind in den Zweigen der Stromnetzleitung 180, die parallel zu den entsprechenden Batterien 102 verlaufen, Schalter 810, zum Beispiel in der Form von Lastmodulationstransistoren, bereitgestellt. Die Schnittstellen 520 (nicht gezeigt in 8) der Überwachungsvorrichtungen 110 können die Schalter 810 steuern. Insbesondere sind die Schnittstellen 520 eingerichtet, um die Steuerdaten 620 mittels zeitabhängiger Variation einer Impedanz, die parallel zu den Batteriezellen 101-1 - 101-12, die mit der entsprechenden Überwachungsvorrichtung 110 assoziiert sind, zu senden. Mittels solcher zeitabhängiger Variation werden die Steuerdaten 620 kodiert. Um dies zu erreichen, können die Schalter 810 über den Zeitverlauf an- und ausgeschaltet werden.
In 8 werden Techniken in Bezug auf die Überwachungsvorrichtungen 110 auf der Batterieebene diskutiert. Die entsprechenden Techniken können unmittelbar in Bezug auf die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111, 111-1 - 111-3 auf der Batteriezellenebene (vgl. 6) angewendet werden.
In 9 ist die Modulation und Demodulation des Stromnetzleitungssignals in noch größerem Detail gezeigt. Insbesondere sind für eine der Überwachungsvorrichtungen 110 ein Sender 950 und ein Empfänger 951 der Schnittstelle 520 gezeigt. Der Sender (Empfänger) 950 ist eingerichtet, um die Steuerdaten 650 mittels Lastmodulation (Lastdemodulation) des Stromnetzleitungssignals zu senden (empfangen).
Der Sender 950 umfasst einen Transistor 910 und eine Widerstand 920. Der Widerstand 920 und der Transistor 910 sind in Serie in dem Zweig der Stromnetzleitung 180, der wiederum parallel zu den Batteriezellen 101-1 - 101-12 der zugehörigen Batterie 102 verläuft, geschaltet. Eine Modulatoreinheit 930 schaltet den Transistor 910 als Funktion der Zeit an und aus. Als Eingang empfängt die Modulatoreinheit 930 ein vorgegebenes Trägersignal 931 und die Steuerdaten 610, die zum Beispiel digital codiert als Bitsequenz vorliegen.
Zum Beispiel kann die Modulatoreinheit 930 die Amplitude des Trägesignals 931 modulieren, um die Steuerdaten weiter zu kodieren. Es ist auch möglich, dass die Modulatoreinheit 930 Phasenmodulation (BPSK) einsetzt. BPSK-Modulation kann die Verlässlichkeit gegenüber Übertragungsfehlern erhöhen. Darüber hinaus kann eine größere Übertragungskapazität mittels Frequenzmultiplexen erreicht werden. Für diesen Zweck können unterschiedliche Sender 950 unterschiedlicher Überwachungsvorrichtungen 110 oder unterschiedlicher Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111, 111-1 - 111-3 die Steuerdaten 610 auf die Trägersignale 931 bei unterschiedlichen Frequenzen aufmodulieren. Im Allgemeinen können andere Modulationstechniken eingesetzt werden, zum Beispiel Quadraturamplitudenmodulation (QAM) oder Frequenzmodulation (FM) oder Single-Sideband-Modulation etc.
Es ist möglich, die Amplitude der Lastmodulation mittels entsprechendem Dimensionieren des Widerstands 920 und/oder des Transistors 910 zu steuern. Im Allgemeinen wird eine größere Amplitude der Lastmodulation in einem größeren Signal-zu-Rausch-Verhältnis des modulierten Signals an der Position der Mastereinheit 120 resultieren. Deshalb kann eine größere Amplitude die Wahrscheinlichkeit für Übertragungsfehler reduzieren. Auf der anderen Seite kann es erstrebenswert sein, die Modulationsamplitude auf einen Wert zu begrenzen, der verlässliche Übertragung ermöglicht, wodurch Interferenz mit anderen Teilen des Systems vermieden wird und/oder wodurch Energieanforderungen begrenzt werden.
Die Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlern kann weiterhin durch einen Zustand der Batterien 102 beeinflusst sein. Insbesondere kann die Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlern weiterhin durch den SOH und/oder SOC der Batterien 102 beeinflusst sein. Deshalb kann allgemein formuliert im Verlauf der Zeit die Übertragungsverlässlichkeit abnehmen oder sich verbessern. Um einer solchen Zeitabhängigkeit der Übertragungszuverlässigkeit zu begegnen, kann es möglich sein, dass die Amplitude der Lastmodulation dynamisch gesetzt wird. Zum Beispiel kann die Schnittstelle 520 eingerichtet sein, um eine Amplitude der Lastmodulation basierend auf dem Betriebsparameter 620 zu setzen. Der Betriebsparameter 620, wie obenstehend genannt, kann indikativ für den SOC und/oder den SOH sein.
Zum Beispiel kann das Setzen der Amplitude der Lastmodulation Teil einer Kalibrationsroutine sein. Als Teil der Kalibrationsroutine könnte es möglich sein, einen Widerstand des Zweigs der Stromnetzleitung 180 inkrementell zu inkrementieren, zum Beispiel in Schritten, die einem Strom von 100 mA entsprechen. Dies kann durch Schalten einer Vielzahl von Transistoren 910 und/oder von Widerständen 920 parallel zueinander erreicht werden. Gleichzeitig kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Steuerdaten, die mittels Stromnetzleitungsmodulation gesendet werden und durch die Mastereinheit 120 empfangen werden, bestimmt werden. Sobald ein vorgegebenes Kriterium für das Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht wird, kann eine entsprechende Einstellung für die Amplitude der Lastmodulation angenommen werden.
Obenstehend wurden die Details des Senders 950, der zur Lastmodulation des Stromnetzleitungssignals eingerichtet ist, diskutiert. Der Sender 950 ist verschieden von Sendern, die herkömmlicherweise für das Senden auf Stromnetzleitungen eingesetzt werden. Herkömmliche Sender 950 umfassen typischerweise einen Leistungsverstärker, der zusätzliche Leistung zu dem Stromnetzleitungssignal hinzufügt. Dagegen erzeugt der vorliegende Sender 950 einen Kompensationsstrom, d.h. reduziert effektiv die Leistung des Stromnetzleitungssignals. Es wurde festgestellt, dass solche Techniken der Stromnetzleitungsmodulation ein erhöhtes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und Übertragungszuverlässigkeit bereitstellen.
Der Empfänger 951 umfasst zwei Kondensatoren 960, einen Bandpassfilter 961, einen Verstärker 962 und eine Demodulatoreinheit 963. Die Steuerdaten 610 werden von dem Empfänger 951 zum Beispiel als binäre Daten kodiert ausgegeben.
Es ist möglich, dass die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111, 111-1 - 111-3 Sender 950 und Empfänger 951, die denjenigen entsprechen, die in Bezug auf 9 diskutiert wurden, umfassen. Entsprechend ist es auch möglich, dass die Mastereinheit 120 einen Sender 950 und einen Empfänger 951 umfasst, die denjenigen entsprechen, die in Bezug auf 9 diskutiert wurden. Insbesondere kann die Mastereinheit 120 direkt mit der Stromnetzleitung 180 gekoppelt sein; jedoch ist in dem Szenario der 9 die Mastereinheit 120 ACgekoppelt mittels einer dedizierten Steuersignalleitung 190 mit einer der Überwachungsvorrichtungen 110; diese dient als Transponder für Steuerdaten 610, die zu und von der Mastereinheit 120 gesendet werden. AC-Koppeln erlaubt AC-Übertragung von Signalen, obwohl eine DC-Spannungsdifferenz vorliegen kann.
In einem BMS 900, wie es in 9 gezeigt ist, ist der Datenverkehr, der an den verschiedenen Überwachungsvorrichtungen 110 auftritt, ausgeglichen. Insbesondere kann im Vergleich zu einem herkömmlichen BMS 100 (siehe 1) ortsabhängige Erwärmung des BMS 900 vermieden werden. Darüber hinaus können die verschiedenen Überwachungsvorrichtungen 110 unterschiedliche Modulationskanäle einsetzen, wodurch die Übertragungskapazität von BMS 900 im Vergleich zu herkömmlichen BMS 100 (siehe 1) erhöht werden kann.
In 9 sind Details des Senders 950 und des Empfängers 951 auf Batterieebene, d.h. in Bezug auf die Überwachungsvorrichtungen 110, die mit der Batterie assoziiert sind, diskutiert. Jedoch können entsprechende Techniken alternativ oder zusätzlich für Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-11 auf Batteriezellenebene angewendet werden, wie in 10 gezeigt. In 10 sind Details der Satellitenüberwachungsvorrichtung 111-6 für beispielhafte Zwecke gezeigt - jedoch können die übrigen Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-5, 111-7 - 111-11 entsprechend eingerichtet sein.
Wie obenstehend genannt ist es möglich, dass der Sender 950 und der Empfänger 951 der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-11 direkt mit der Mastereinheit 120 (nicht in 10 gezeigt) kommunizieren. Jedoch ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass der Sender 950 und der Empfänger 951 der Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111-1 - 111-11 mit der Überwachungsvorrichtung 110 der entsprechenden Batterie 102 kommunizieren. Es ist nicht erforderlich, dass das Stromnetzsignalisieren eines bestimmten Satellitenüberwachungsgeräts 111-1 - 111-11 ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erzeugt, um die Steuerdaten 610 im gesamten Schaltkreis, der durch die Stromnetzleitung 180 ausgebildet wird, zu dekodieren. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die Satellitenüberwachungsgeräte 111-1 - 111-11 ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erzeugen, um die Steuerdaten 610 in dem Schaltkreis auf Batterieebene der entsprechenden Batterie 102 zu dekodieren. Dadurch wird Austausch der Steuerdaten zwischen der Batterieebene und der Batteriezellenebene ermöglicht.
In 11 sind Details des Stromnetzleitungssignalisierens, das Lastmodulation und Lastdemodulation einsetzt, in Bezug auf das BMS 1100 gezeigt. Wie aus 11 ersichtlich, kann die Mastereinheit 120 mit der Stromnetzleitung 180 gekoppelt sein, zum Beispiel mit einem Zweig der Stromnetzleitung 180, der parallel zu einer der Batterien 120 ist. Die Mastereinheit 120 kann einen Sender 950 (in 11 nicht gezeigt) umfassen. Die Mastereinheit 120 in dem Szenario der 11 umfasst einen Empfänger 951 zur Demodulation des Stromnetzleitungssignals.
Darüber hinaus sind die physikalischen Phänomene, die der Lastmodulation zugrunde liegen, in 11 erläutert. Der Lastmodulationstransistor 910 wird eingesetzt, um die Impedanz in dem entsprechenden Zweig der Stromnetzleitung 180 zu variieren. Dies erzeugt einen Kompensationsstrom 1150 in der Stromnetzleitung 180. Wie ersichtlich ist, ist ein Kondensator 1100 in dem geschlossenen Schaltkreis, der durch die Stromnetzleitung 180 ausgebildet wird, vorhanden, der zum Kompensationsstrom 1150 beiträgt. Da der Konzentrationsstrom 1150 in dem gesamten Schaltkreis, der durch die Stromnetzleitung 180 ausgebildet wird, vorhanden ist, kann dieser durch den Empfänger 951 der Mastereinheit 120 detektiert werden. Dadurch können die Überwachungsvorrichtungen 110 mit der Mastereinheit 120 kommunizieren. Wie weiterhin in 11 durch die gekrümmten Pfeile dargestellt ist, verteilen sich Bruchteile des Kompensationsstroms 1150 in den geschlossenen Schaltkreisen, die durch jede Batterie 102 und Lastmodulationstransistor 910 ausgebildet werden.
In 11 ist das Konzept von Lastmodulation und Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals auf Batterieebene diskutiert. Ein entsprechendes Konzept kann für Lastmodulation und Lastdemodulation auf Batteriezellenebene, d.h. für die Kommunikation mit Satellitenüberwachungsvorrichtungen (nicht in 12 gezeigt) angewendet werden. Eine Anzahl von Batteriezellen 101-1 - 101-5 ist dargestellt. Weiterhin sind in 11 Induktivitäten 1220 dargestellt, sogenannte Leistungsinduktivitäten, die in der Verbindung zwischen Batteriezellen 101-1 - 101-5 und den Satellitenüberwachungsvorrichtungen eingesetzt werden. Für die bestimmte Satellitenüberwachungsvorrichtung, die mit der Batteriezelle 101-3 assoziiert ist, ist der Lastmodulationstransistor 910 beispielhaft gezeigt. Modulation der Impedanz in dem entsprechenden Zweig der Stromnetzleitung 180 resultiert in dem Kompensationsstrom 1150 über den gesamten Schaltkreis auf Batterieebene der Stromnetzleitung 180 der entsprechenden Batterie 102. Insbesondere trägt ein entsprechender Kondensator 1200 und ein entsprechender Widerstand 1201 zu dem Kompensationsstrom 1150 bei. Als Ergebnis resultiert die Änderung der Impendanz bei Betrieb des Lastmodulationstransistors 910 in einer Änderung des Spannungsabfalls über die gesamte Batterie 102. Es ist sogar möglich, dass Kompensationsströme, die über den gesamten Schaltkreis des BMS (vgl. 11) fließen, in Betracht gezogen werden. Dies kann durch eine entsprechende Überwachungsvorrichtung 110 (nicht in 12 gezeigt) und/oder durch die Mastereinheit 120 sensiert werden.
In 13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen dargestellt. Das Verfahren startet bei S1. Dann wird bei S2 der Betriebsparameter 620 der Batterie 102 überwacht. Dazu können die Überwachungsvorrichtungen 110 auf der Batterieebene eingesetzt werden; zusätzlich oder alternativ können die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 auf der Batteriezellenebene eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der Betriebsparameter, der die Leerlaufspannung über die Batterie 102 betrifft, durch die Überwachungsvorrichtung 110 überwacht werden; während die Betriebsparameter, die die Temperatur, die Ausdehnung und den Druck betreffen, durch die Satellitenüberwachungsvorrichtungen 111 überwacht werden können.
Dann werden bei S3 die Steuerdaten 610 mittels Lastmodulation des Stromnetzleitungssignals gesendet. Die Steuerdaten können insbesondere die Betriebsparameter aus S2 beinhalten. Die Mastereinheit 120 kann die Steuerdaten 610 mittels Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals empfangen.
Das Verfahren endet bei S4.
Wie bereits betont, dienen die oben genannten Ausführungsformen nur als Beispiele und verschiedenste Modifikationen und Variationen, von denen einige bereits voranstehend beschrieben wurden, sind möglich, ohne den Schutzbereich der Anmeldung zu verlassen.
Voranstehend wurden Techniken der Stromnetzleitungsmodulation in einem BMS gezeigt. Insbesondere wird Lastmodulation und Lastdemodulation dazu eingesetzt, das Stromnetzleitungssignal zu modulieren. Die Lastmodulation resultiert in dem Ausbilden eines Kompensationsstroms, der gemessen werden kann. Allgemeiner resultiert eine Änderung der Impedanz in dem Zweig der Stromnetzleitung 180, der parallel zu einer der Batterien 102 ist, in einer Variation des Stroms an der Mastereinheit 120 bzw. der Spannung über eine entsprechende Batterie 102. Dies kann durch Variation des Widerstands in dem Zweig der Stromnetzleitung 180 erreicht werden, d.h. durch ohmsche Lastmodulation. Im Vergleich zu herkömmlichen Techniken der Stromnetzleitungsmodulation, bei der zusätzliche Signalleistung auf das Stromnetzleitungssignal aufgebracht wird, wird eine effizientere und zuverlässigere Übertragung der Steuerdaten erreicht.

Claims

System, umfassend: - eine Vielzahl von Batteriezellen (101-1 - 101-12) einer Batterie (102), wobei die Batteriezellen (101-1 - 101-12) mittels einer Stromnetzleitung (180) elektrisch in Serie geschaltet sind, - eine Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3), wobei jede der Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) mit einer entsprechenden der Vielzahl von Batteriezellen (101-1 - 101-12) assoziiert ist, wobei jede Vorrichtung (111, 111-1 - 111-3) umfasst: - eine Steuereinheit (510), die eingerichtet ist, um einen Betriebsparameter (620) der assoziierten Batteriezelle (101-1 - 101-12) zu überwachen, - eine Schnittstelle (520), die mit der Stromnetzleitung (180) gekoppelt ist, und die eingerichtet ist, um Steuerdaten (610) mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation eines Stromnetzleitungssignals der Stromnetzleitung (180) zu übertragen, - eine Transpondereinheit (110), die eine Schnittstelle (520) umfasst, die mit der Stromnetzleitung (180) gekoppelt ist, und die eingerichtet ist, um die Steuerdaten (610) zu und von jeder der Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) mittels mindestens einem von Lastmodulation und Lastdemodulation des Stromnetzleitungssignals zu übertragen, - eine Mastereinheit (120), die eingerichtet ist, um die Vielzahl von Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) zu steuern, und die eine Schnittstelle umfasst, wobei die Schnittstelle der Mastereinheit (120) eingerichtet ist, um die Steuerdaten (610) zu und von der Schnittstelle der Transpondereinheit (110) zu übertragen.
System nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle (520) der Transpondereinheit (110) und die Schnittstelle der Mastereinheit (120) mittels mindestens einem von Lastmodulation oder Lastdemodulation kommunizieren.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schnittstellen (520) von mindestens zwei verschiedenen Vorrichtungen (111, 111-1 - 111-3) eingerichtet sind, um die Steuerdaten (610) mittels unterschiedlicher Modulationskanäle zu senden.