DE102015219677A1 - Communication system for a battery management system for a battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für ein Batteriemanagementsystem für eine Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes (40) mit elektrischer Energie. Das Kommunikationssystem umfasst mehrere jeweils mit einem Übertragungskanal (34) für das Kommunikationssystem verbindbare Kommunikationsteilnehmer (30, 32). Die Batterie umfasst mehrere in einer Reihenschaltung angeordnete Batteriemodule (20). Der Übertragungskanal (34) umfasst die Reihenschaltung der Batteriemodule (20) und ist zum Übertragen von Kommunikationssignalen, die zwischen den Kommunikationsteilnehmern (30, 32) auszutauschen sind und eine Übertragungsfrequenz aufweisen, verwendbar. Das Kommunikationssystem umfasst eine Konditionierungseinheit (33), die eingangsseitig parallel zu der Batterie und ausgangsseitig parallel zu dem Hochvoltnetz (40) verbindbar ist. Die Konditionierungseinheit (33) ist dazu ausgebildet, wenigstens eines der Kommunikationssignale in den Übertragungskanal (34) zumindest teilweise zurück zu leiten und/oder eine Übertragung wenigstens eines von mehreren elektrischen Störsignalen, die von dem Hochvoltnetz (40) erzeugbar sind und eine Störfrequenz aufweisen, zu reduzieren und/oder das wenigstens eine Störsignal zumindest teilweise in das Hochvoltnetz (40) zurück zu leiten.The present invention relates to a communication system for a battery management system for a battery for supplying a high voltage network (40) with electrical energy. The communication system comprises a plurality of communication stations (30, 32) each connectable to a communication channel (34) for the communication system. The battery includes a plurality of battery modules (20) arranged in a series circuit. The transmission channel (34) comprises the series connection of the battery modules (20) and is suitable for transmitting communication signals which are to be exchanged between the communication participants (30, 32) and have a transmission frequency. The communication system comprises a conditioning unit (33) which can be connected on the input side parallel to the battery and on the output side parallel to the high-voltage network (40). The conditioning unit (33) is designed to at least partially redirect at least one of the communication signals into the transmission channel (34) and / or to transmit at least one of a plurality of electrical interference signals which can be generated by the high-voltage network (40) and have a disturbing frequency. to reduce and / or at least partially forward the at least one interference signal in the high-voltage network (40) back.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für ein Batteriemanagementsystem für eine Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriesystem mit einer Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie und einem Batteriemanagementsystem für die Batterie, wobei das Batteriemanagementsystem ein zuvor genanntes Kommunikationssystem umfasst.The present invention relates to a communication system for a battery management system for a battery for supplying a high-voltage network with electrical energy. The invention also relates to a battery system with a battery for supplying a high-voltage network with electrical energy and a battery management system for the battery, wherein the battery management system comprises a previously mentioned communication system.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Batteriesysteme für Hybrid- und/oder Elektro-Fahrzeuge bekannt, in denen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. Die Lithium-Ionen-Batterien umfassen jeweils mehrere wenigstens eine Batteriezelle aufweisende Batteriemodule. Bei falscher Behandlung weisen diese Batterien auf Grund ihrer hohen Energiedichten eine große Explosions- und Brandgefahr auf. Zur Vermeidung von unsicheren Betriebszuständen verfügt ein jedes auf Lithium-Ionen-Batteriezellen basierendes Batteriesystem über ein Batteriemanagement, welches mittels Sensoren die jeweilige Batterie überwacht und schützt. Battery systems for hybrid and / or electric vehicles are known in the prior art, in which lithium-ion batteries are used. The lithium-ion batteries each comprise a plurality of at least one battery cell having battery modules. If mistreated, these batteries present a high risk of explosion and fire due to their high energy densities. To avoid unsafe operating conditions, each battery system based on lithium-ion battery cells has a battery management system that monitors and protects the respective battery with sensors.
Das Batteriemanagementsystem für eine zuvor genannte Lithium-Ionen-Batterie umfasst ein Kommunikationssystem mit mehreren Kommunikationsteilnehmern. Die Kommunikationsteilnehmer umfassen mehrere jeweils einem der Batteriemodule der jeweiligen Batterie zugeordnete Batteriemodul-Überwachungseinheiten und eine zentrale Batterie-Überwachungseinheit. The battery management system for a previously mentioned lithium-ion battery includes a communication system having a plurality of communication participants. The communication subscribers comprise a plurality of battery module monitoring units respectively associated with one of the battery modules of the respective battery and a central battery monitoring unit.
Eine jede der Batteriemodul-Überwachungseinheiten ist dazu ausgebildet, zum Überwachen eines Zustands des zugeordneten Batteriemoduls einen Zustand einer jeden Batteriezelle des zugeordneten Batteriemoduls zu überwachen. Ein solches Batteriemodul kann beispielsweise acht bis vierzehn Batteriezellen umfassen. Jede Batteriemodul-Überwachungseinheit ist ferner dazu ausgebildet, eine an jeder Batteriezelle des zugeordneten Batteriemoduls anliegende Spannung und mindestens eine an jeder Batteriezelle des zugeordneten Batteriemoduls vorkommende Temperatur zu messen. Außerdem ist jede Batteriemodul-Überwachungseinheit dazu ausgebildet, beim Laden des zugeordneten Batteriemoduls eine automatische Ladungsbegrenzung durchzuführen. Eine solche Ladungsbegrenzung wird beispielsweise durch Durchführen eines Ladezustandsausgleichs zwischen Ladezuständen der Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls realisiert. Jede Batteriemodul-Überwachungseinheit wird möglichst nahe an dem zugeordneten Batteriemodul angeordnet.Each of the battery module monitoring units is configured to monitor a state of each battery cell of the associated battery module for monitoring a state of the associated battery module. Such a battery module may comprise, for example, eight to fourteen battery cells. Each battery module monitoring unit is further configured to measure a voltage applied to each battery cell of the associated battery module and at least one temperature occurring at each battery cell of the associated battery module. In addition, each battery module monitoring unit is designed to perform an automatic charge limit when charging the associated battery module. Such a charge limitation is realized, for example, by carrying out a charge state compensation between charge states of the battery cells of the respective battery module. Each battery module monitoring unit is arranged as close as possible to the associated battery module.
Die zentrale Batterie-Überwachungseinheit ist als zentrales Steuergerät des Batteriemanagements des jeweiligen Batteriesystems ausgebildet. Die zentrale Batterie-Überwachungseinheit ist ferner dazu ausgebildet, über drahtgebundene Bussysteme mit den Batteriemodul-Überwachungseinheiten und mit weiteren Steuergeräten eines das jeweilige Batteriesystem aufweisenden Fahrzeuges zu kommunizieren. Gemäß dem Stand der Technik wird die zentrale Batterie-Überwachungseinheit meistens möglichst nahe an zwei Hochvoltanschlüssen der Lithium-Ionen-Batterie des jeweiligen Batteriesystems angeordnet. The central battery monitoring unit is designed as a central control unit of the battery management of the respective battery system. The central battery monitoring unit is further configured to communicate via wired bus systems with the battery module monitoring units and with other control devices of a vehicle having the respective battery system. According to the prior art, the central battery monitoring unit is usually arranged as close as possible to two high-voltage terminals of the lithium-ion battery of the respective battery system.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Kommunikationssystem für ein Batteriemanagementsystem für eine Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie bereitgestellt. Dabei umfasst das Kommunikationssystem mehrere jeweils mit einem Übertragungskanal für das Kommunikationssystem verbindbare Kommunikationsteilnehmer. Ferner umfasst die Batterie mehrere jeweils wenigstens eine Batteriezelle aufweisende und in einer Reihenschaltung angeordnete Batteriemodule. Der Übertragungskanal ist zum Übertragen von Kommunikationssignalen, die zwischen den Kommunikationsteilnehmern auszutauschen sind und eine Übertragungsfrequenz aufweisen, verwendbar. Ferner umfasst der Übertragungskanal die Reihenschaltung der Batteriemodule. Auch umfasst das Kommunikationssystem eine Konditionierungseinheit. Die Konditionierungseinheit ist eingangsseitig parallel zu der Batterie und ausgangsseitig parallel zu dem Hochvoltnetz verbindbar. Ferner ist die Konditionierungseinheit dazu ausgebildet, wenigstens eines der Kommunikationssignale zumindest teilweise in den Übertragungskanal zurück zu leiten. Alternativ oder zusätzlich ist die Konditionierungseinheit dazu ausgebildet, eine Übertragung wenigstens eines von mehreren elektrischen Störsignalen, die von dem Hochvoltnetz erzeugbar sind und eine Störfrequenz aufweisen, zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich ist die Konditionierungseinheit dazu ausgebildet, das wenigstens eine Störsignal zumindest teilweise in das Hochvoltnetz zurück zu leiten.According to the invention, a communication system for a battery management system for a battery for supplying a high-voltage network with electrical energy is provided. In this case, the communication system comprises a plurality of each communicable with a transmission channel for the communication system communication participants. Furthermore, the battery comprises a plurality of battery modules each having at least one battery cell and arranged in a series connection. The transmission channel is usable for transmitting communication signals to be exchanged between the communication users and having a transmission frequency. Furthermore, the transmission channel comprises the series connection of the battery modules. The communication system also includes a conditioning unit. The conditioning unit can be connected on the input side parallel to the battery and on the output side parallel to the high-voltage network. Furthermore, the conditioning unit is designed to at least partially redirect at least one of the communication signals into the transmission channel. Alternatively or additionally, the conditioning unit is configured to reduce a transmission of at least one of a plurality of electrical interference signals, which can be generated by the high-voltage network and have a disturbing frequency. Alternatively or additionally, the conditioning unit is designed to at least partially direct the at least one interference signal back into the high-voltage network.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Unter den zwischen den Kommunikationsteilnehmern auszutauschenden Kommunikationssignalen sind bevorzugt die Übertragungsfrequenz aufweisende Kommunikationssignale zu verstehen, die während einer zwischen den Kommunikationsteilnehmern stattfindenden Kommunikation von den Kommunikationsteilnehmern gesendet werden und/oder zu empfangen sind. Eine solche Kommunikation kann in einem Zustand des Kommunikationssystems stattfinden, in dem die Kommunikationsteilnehmer mit dem Übertragungskanal verbunden sind. Among the communication signals to be exchanged between the communication participants are preferably the communication frequency having communication signals to understand that are sent during a held between the communication participants communication from the communication participants and / or to be received. Such communication can be in a state of Communication system take place in which the communication participants are connected to the transmission channel.
Unter einer Reduzierung der Übertragung des wenigstens einen Störsignals ist bevorzugt eine Reduzierung einer bei dieser Übertragung vorkommenden Signalenergie des wenigstens einen Störsignals zu verstehen.A reduction of the transmission of the at least one interference signal is preferably to be understood as meaning a reduction of a signal energy of the at least one interference signal occurring during this transmission.
Vorteilhaft bei dem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem ist, dass die in der Batterie bereits vorhandene Reihenschaltung der Batteriemodule als Überragungskanal für die Kommunikationssignale verwendbar ist. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass in Abwesenheit der Konditionierungseinheit wenigstens eines der Kommunikationssignale über die Reihenschaltung und folglich über den Übertragungskanal zu dem Hochvoltnetz übertragbar wäre und/oder wenigstens eines der Störsignale über die Reihenschaltung und folglich über den Übertragungskanal zu dem Kommunikationssystem übertragbar wäre. Dadurch, dass mittels der Konditionierungseinheit das wenigstens eine Kommunikationssignal in den Übertragungskanal und/oder das wenigstens eine Störsignal in das Hochvoltnetz jeweils zumindest teilweise zurück geleitet werden können, kann eine Qualität der über den Übertragungskanal durchgeführten Kommunikation zwischen den Kommunikationsteilnehmern verbessert werden. Dies geschieht auch, wenn mittels der Konditionierungseinheit die Übertragung des wenigstens einen Störsignals reduziert wird.An advantage of the communication system described above is that the series connection of the battery modules already present in the battery can be used as a transmission channel for the communication signals. It should be noted that in the absence of the conditioning unit, at least one of the communication signals would be transferable via the series connection and consequently via the transmission channel to the high-voltage network and / or at least one of the interference signals would be transferable via the series circuit and consequently via the transmission channel to the communication system. By virtue of the fact that the at least one communication signal in the transmission channel and / or the at least one interference signal in the high-voltage network can each be at least partially returned by means of the conditioning unit, a quality of the communication carried out over the transmission channel between the communication participants can be improved. This also happens when the transmission of the at least one interference signal is reduced by means of the conditioning unit.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem umfasst die Reihenschaltung bevorzugt Verschienungen, über die die Batteriemodule miteinander verbunden sind und über die ferner die Batterie auch mit dem Hochvoltnetz verbindbar ist. Die Verschienungen können elektrisch leitfähige Stromschienen sein.In a communication system described above, the series connection preferably comprises busbars, via which the battery modules are connected to one another and via which the battery can also be connected to the high-voltage network. The busbars can be electrically conductive busbars.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem wird ein jeder der Kommunikationsteilnehmer in seinem mit dem Übertragungskanal verbundenen Zustand von wenigstens einem der Batteriemodule und/oder der Batterie mit elektrischer Energie versorgt. In a communication system described above, each of the communication subscribers in its connected to the transmission channel state of at least one of the battery modules and / or the battery is supplied with electrical energy.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem umfassen die Störsignale insbesondere solche bei einer Beurteilung einer elektromagnetischen Verträglichkeit des Hochvoltnetzes zu berücksichtigenden Störsignale, wie beispielsweise feldgebundene und/oder leitungsgebundene Störsignale.In a communication system described above, the interference signals include in particular those in an assessment of electromagnetic compatibility of the high-voltage network to be considered interference signals, such as field-bound and / or conducted interference signals.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Konditionierungseinheit zwei eingangsseitige Anschlüsse, die mit der Batterie verbindbar sind und zwischen denen das wenigstens eine Kommunikationssignal zu übertragen ist. Dabei umfasst die Konditionierungseinheit eine erste Schaltung, die dazu ausgebildet ist, einen zwischen den zwei eingangsseitigen Anschlüssen der Konditionierungseinheit vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Kommunikationssignal zu erzeugen. Unter dem zwischen den zwei eingangsseitigen Anschlüssen der Konditionierungseinheit vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Kommunikationssignal ist eine zwischen diesen zwei Anschlüssen vorkommende Verbindung zu verstehen, die eine Impedanz aufweist, deren Betrag insbesondere bei der Übertragungsfrequenz oder nur bei der Übertragungsfrequenz niederohmig ist. Dieser Betrag hat insbesondere bei der Übertragungsfrequenz oder nur bei der Übertragungsfrequenz beispielsweise einen Wert von 0 Ω.According to a first preferred embodiment of the invention, the conditioning unit comprises two input-side terminals which can be connected to the battery and between which the at least one communication signal is to be transmitted. In this case, the conditioning unit comprises a first circuit which is designed to generate a short circuit occurring between the two input-side terminals of the conditioning unit for the at least one communication signal. The short circuit occurring between the two input-side terminals of the conditioning unit for the at least one communication signal is to be understood as a connection occurring between these two terminals which has an impedance whose magnitude is low-impedance, in particular at the transmission frequency or only at the transmission frequency. This amount has, for example, at the transmission frequency or only at the transmission frequency, for example, a value of 0 Ω.
Vorteilhaft bei einem Kommunikationssystem gemäß der ersten bevorzugten Weiterbildung ist, dass ein jedes der Kommunikationssignale, das zwischen den zwei eingangsseitigen Anschlüsse zu übertragen ist, über den zuvor genannten Kurzschluss zum Teil, zum größten Teil oder gänzlich in den Übertragungskanal zurück geleitet wird. Dadurch wird ein Abfluss einer Signalenergie der Kommunikationssignale vom Kommunikationssystem zum Hochvoltnetz weitgehend verhindert. Folglich wird ein Energiebedarf eines Senders jedes der Kommunikationsteilnehmer reduziert. Der Sender jedes der Kommunikationsteilnehmer ist dazu ausgebildet, die Übertragungsfrequenz aufweisende Kommunikationssignale zu senden. Folglich wird auch eine Abstrahlung von Signalenergie der Kommunikationssignale über das Hochvoltnetz reduziert. Die erste Schaltung umfasst bevorzugt wenigstens ein passives Bauelement. In a communication system according to the first preferred embodiment, it is advantageous that each of the communication signals to be transmitted between the two input-side connections is partly, mostly or completely returned to the transmission channel via the aforementioned short circuit. As a result, an outflow of a signal energy of the communication signals from the communication system to the high-voltage network is largely prevented. Consequently, an energy requirement of a transmitter of each of the communication participants is reduced. The transmitter of each of the communication subscribers is adapted to transmit the transmission frequency having communication signals. Consequently, a radiation of signal energy of the communication signals via the high-voltage network is reduced. The first circuit preferably comprises at least one passive component.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Schaltung einen Kondensator oder einen Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz mit der Übertragungsfrequenz übereinstimmt. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass ein jeder realer Kondensator eine parasitäre Induktivität aufweist. Folglich ist ein Ersatzschaltbild jedes realen Kondensators als Reihenschaltung aus einem idealen Kondensator, welcher eine Kapazität des jeweiligen realen Kondensators aufweist, und einer idealen Spule, welche die parastäre Induktivität des jeweiligen realen Kondensators aufweist, darstellbar. Folglich stimmt eine Resonanzfrequenz jedes realen Kondensators mit einer Resonanzfrequenz der sein Ersatzschaltbild darstellenden Reihenschaltung überein. Die zweite bevorzugte Weiterbildung kann mit der ersten bevorzugten Weiterbildung und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden. According to a second preferred embodiment of the invention, the first circuit comprises a capacitor or a resonant circuit whose resonant frequency coincides with the transmission frequency. It should be noted that each real capacitor has a parasitic inductance. Consequently, an equivalent circuit diagram of each real capacitor can be represented as a series arrangement of an ideal capacitor, which has a capacitance of the respective real capacitor, and an ideal coil, which has the parasitic inductance of the respective real capacitor. Consequently, a resonance frequency of each real capacitor coincides with a resonance frequency of the equivalent circuit representing its equivalent circuit. The second preferred development can be combined with the first preferred development and / or its embodiments.
Gemäß einer dritten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Konditionierungseinheit zwei ausgangsseitige Anschlüsse, die mit dem Hochvoltnetz verbindbar sind und über die das wenigstens eine Störsignal übertragbar ist. Dabei umfasst die Konditionierungseinheit eine zweite Schaltung. Die zweite Schaltung umfasst eine Filterschaltung, die dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Störsignal beim Passieren der Konditionierungseinheit zu dämpfen. Ferner ist die Filterschaltung dazu ausgebildet, wenigstens ein elektrisches Signal, das eine gegenüber der Störfrequenz unterschiedliche Frequenz aufweist und über die zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit zu übertragen ist, beim Passieren der Konditionierungseinheit durchzuleiten. Alternativ oder zusätzlich umfasst die zweite Schaltung eine Schutzschaltung, die mit einer elektrischen Masse verbindbar ist. Die Schutzschaltung ist dazu ausgebildet, wenigstens einen jeweils zwischen einem der zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit und der Masse vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Störsignal zu erzeugen. Unter einem zwischen einem der zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit und der Masse vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Störsignal ist eine zwischen diesem Anschluss und der Masse vorkommende Verbindung zu verstehen, die eine Impedanz aufweist, deren Betrag insbesondere bei der Störfrequenz oder nur bei der Störfrequenz niederohmig ist. Dieser Betrag hat insbesondere bei der Störfrequenz oder nur bei der Störfrequenz beispielsweise einen Wert von 0 Ω. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Schaltung dazu ausgebildet, einen zwischen den zwei ausgangsseitigen Anschlüssen der Konditionierungseinheit vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Störsignal zu erzeugen. Unter dem zwischen den zwei ausgangsseitigen Anschlüssen der Konditionierungseinheit vorkommenden Kurzschluss für das wenigstens eine Störsignal ist eine zwischen diesen zwei Anschlüssen vorkommende Verbindung zu verstehen, die eine Impedanz aufweist, deren Betrag insbesondere bei der Störfrequenz oder nur bei der Störfrequenz niederohmig ist. Dieser Betrag hat insbesondere bei der Übertragungsfrequenz oder nur bei der Übertragungsfrequenz beispielsweise einen Wert von 0 Ω. Die dritte bevorzugte Weiterbildung kann mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbindungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden. According to a third preferred embodiment of the invention, the conditioning unit comprises two output-side terminals, which are connectable to the high-voltage network and on the at least one interference signal is transferable. In this case, the conditioning unit comprises a second circuit. The second circuit comprises a filter circuit which is designed to damp the at least one interference signal when passing through the conditioning unit. Furthermore, the filter circuit is designed to pass through at least one electrical signal which has a frequency which is different from the interference frequency and is to be transmitted via the two output-side connections of the conditioning unit when passing through the conditioning unit. Alternatively or additionally, the second circuit comprises a protection circuit which is connectable to an electrical ground. The protective circuit is designed to generate at least one short circuit occurring between one of the two output-side terminals of the conditioning unit and the ground for the at least one interference signal. A short circuit occurring between one of the two output connections of the conditioning unit and the ground for the at least one interference signal is a connection occurring between this connection and the ground, which has an impedance whose magnitude is low, in particular at the interference frequency or only at the interference frequency is. This amount has a value of 0 Ω, for example, at the interference frequency or only at the interference frequency. Alternatively or additionally, the second circuit is designed to generate a short circuit occurring between the two output-side terminals of the conditioning unit for the at least one interference signal. The short circuit occurring between the two output-side terminals of the conditioning unit for the at least one interference signal is to be understood as meaning a connection occurring between these two terminals which has an impedance whose magnitude is low-impedance, in particular at the interference frequency or only at the interference frequency. This amount has, for example, at the transmission frequency or only at the transmission frequency, for example, a value of 0 Ω. The third preferred development can be combined with one or more of the previously described further connections and / or their configurations.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem sind Gleichströme und Gleichspannungen als elektrische Signale mit einer Frequenz von 0 Hz anzusehen.In a communication system described above, DC currents and DC voltages are to be regarded as electrical signals having a frequency of 0 Hz.
Vorteilhaft bei einem Kommunikationssystem gemäß der dritten bevorzugten Weiterbildung ist, dass ein jedes der Störsignale, das über die zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit übertragbar ist, beim Passieren der Konditionierungseinheit gedämpft und/oder über die genannte Masse weitgehend abgeleitet und/oder über den genannten Kurzschluss in das Hochvoltnetz weitgehend zurück geleitet wird. Dadurch wird ein Abfluss einer Signalenergie der Störsignale von dem Hochvoltnetz zum Kommunikationssystem weitgehend verhindert. Folglich werden die Kommunikationssignale kaum durch die Störsignale beeinträchtigt, so dass zum Erreichen eines ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnisses der Kommunikationssignale keine Erhöhung der Signalenergie der Kommunikationssignale notwendig ist. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass ein Verhalten des Übertragungskanals nur bis zu einem bestimmten Frequenzwert der Übertragungsfrequenz deterministisch vorhersagbar ist. Bei höheren Frequenzwerten der Übertragungsfrequenz treten mehrere unberechenbare Resonanzstellen auf, die von einem geometrischen Aufbau des Übertragungskanals abhängig sind. Folglich weist der Übertragungskanal bei solchen höheren Frequenzwerten der Übertragungsfrequenz eine große Dämpfung für die Kommunikationssignale auf. Bei Frequenzwerten der Übertragungsfrequenz, die in einem Frequenzwertebereich liegen, bei dem der Übertragungskanal eine konstant niedrige Dämpfung für die Kommunikationssignale aufweist und folglich für eine Kommunikation zwischen den Kommunikationsteilnehmern gut genutzt werden kann, ist ein Signalpegel der Störsignale sehr hoch. Dadurch, dass der Abfluss von Signalenergie der Störsignale von dem Hochvoltnetz zu dem Kommunikationssystem weitgehend verhindert wird, kann ein in dem genannten Frequenzwertebereich liegende Frequenzwert für die Übertragungsfrequenz ausgewählt werden, ohne dass eine spürbare Verschlechterung eines Signal-Rausch-Verhältnisses der Kommunikationssignale durch die Störsignale erfolgt.An advantage of a communication system according to the third preferred embodiment is that each of the interference signals, which can be transmitted via the two output-side connections of the conditioning unit, attenuated when passing through the conditioning unit and / or largely derived via said mass and / or via said short circuit in the high-voltage network is largely returned. As a result, an outflow of a signal energy of the interference signals from the high-voltage network to the communication system is largely prevented. Consequently, the communication signals are hardly affected by the spurious signals, so that no increase in the signal energy of the communication signals is necessary to achieve a sufficient signal-to-noise ratio of the communication signals. It should be noted here that a behavior of the transmission channel is deterministically predictable only up to a certain frequency value of the transmission frequency. At higher frequency values of the transmission frequency occur more unpredictable resonance points, which are dependent on a geometric structure of the transmission channel. Consequently, at such higher frequency values of the transmission frequency, the transmission channel has a large attenuation for the communication signals. At frequency values of the transmission frequency, which are in a frequency value range in which the transmission channel has a constant low attenuation for the communication signals and thus can be well used for communication between the communication participants, a signal level of the interference signals is very high. Because the outflow of signal energy of the interference signals from the high-voltage network to the communication system is largely prevented, a frequency value for the transmission frequency lying in said frequency value range can be selected without a noticeable deterioration of a signal-to-noise ratio of the communication signals due to the interference signals ,
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem umfasst die Konditionierungseinheit bevorzugt einen einzelnen parallel zu der Batterie und dem Hochvoltnetz geschalteten Kondensator. Dabei ist dieser einzelne Kondensator bevorzugt dazu ausgebildet, sowohl den Kurzschluss für das wenigstens eine Kommunikationssignal als auch den Kurzschluss für das wenigstens eine Störsignal zu erzeugen.In a communication system described above, the conditioning unit preferably comprises a single capacitor connected in parallel with the battery and the high-voltage network. In this case, this individual capacitor is preferably designed to generate both the short circuit for the at least one communication signal and the short circuit for the at least one interference signal.
Gemäß einer vierten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die zweite Schaltung wenigstens einen weiteren Kondensator auf, der insbesondere jeweils zwischen einen der zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit und eine elektrische Masse schaltbar ist. Der wenigstens eine weitere Kondensator kann jeweils ein Kondensator sein, der gemäß der
Gemäß einer fünften bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen die Kommunikationsteilnehmer mehrere jeweils einem der Batteriemodule zugeordnete Batteriemodul-Überwachungseinheiten und/oder eine zentrale Batterie-Überwachungseinheit. Dabei ist eine jede der Batteriemodul-Überwachungseinheiten dazu ausgebildet, einen Zustand des zugeordneten Batteriemoduls zu überwachen. Alternativ oder zusätzlich ist die zentrale Batterie-Überwachungseinheit dazu ausgebildet, einen Zustand der Batterie zu überwachen. Die fünfte bevorzugte Weiterbildung kann mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbindungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden. According to a fifth preferred embodiment of the invention, the Communication participants several each one of the battery modules associated battery module monitoring units and / or a central battery monitoring unit. In this case, each of the battery module monitoring units is designed to monitor a state of the associated battery module. Alternatively or additionally, the central battery monitoring unit is designed to monitor a state of the battery. The fifth preferred development can be combined with one or more of the previously described further connections and / or their configurations.
Gemäß einer sechsten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zum Verbinden jeder Batteriemodul-Überwachungseinheit mit dem Übertragungskanal jede Batteriemodul-Überwachungseinheit mit dem zugeordneten Batteriemodul verbindbar, insbesondere parallel zu dem zugeordneten Batteriemodul schaltbar. Alternativ oder zusätzlich ist zum Verbinden der zentralen Batterie-Überwachungseinheit mit dem Übertragungskanal die zentrale Batterie-Überwachungseinheit parallel zu einer der Batteriemodul-Überwachungseinheiten schaltbar oder in einer der Batteriemodul-Überwachungseinheiten integriert oder parallel zu der Batterie schaltbar. Die sechste bevorzugte Weiterbildung kann mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbindungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden. According to a sixth preferred development of the invention, each battery module monitoring unit can be connected to the associated battery module for connecting each battery module monitoring unit to the transmission channel, in particular, it can be connected in parallel with the associated battery module. Alternatively or additionally, for connecting the central battery monitoring unit to the transmission channel, the central battery monitoring unit can be connected in parallel with one of the battery module monitoring units or integrated in one of the battery module monitoring units or can be connected in parallel with the battery. The sixth preferred development can be combined with one or more of the previously described further connections and / or their configurations.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem kann das wenigstens eine Kommunikationssignal wenigstens eine weitere Übertragungsfrequenz aufweisen. In einem solchen Fall weist die Konditionierungseinheit bezüglich der Übertragungsfrequenz und bezüglich einer jeden weiteren Übertragungsfrequenz die gleiche Funktionalität auf. In a communication system described above, the at least one communication signal may have at least one further transmission frequency. In such a case, the conditioning unit has the same functionality with respect to the transmission frequency and with respect to each further transmission frequency.
Bei einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem kann das wenigstens eine Störsignal wenigstens eine weitere Störfrequenz aufweisen. In einem solchen Fall weist die Konditionierungseinheit bezüglich der Störfrequenz und bezüglich einer jeden weiteren Störfrequenz die gleiche Funktionalität auf. In a communication system described above, the at least one interference signal can have at least one further interference frequency. In such a case, the conditioning unit has the same functionality with respect to the noise frequency and with respect to each additional noise frequency.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie und einem Batteriemanagementsystem für die Batterie. Dabei umfasst die Batterie mehrere jeweils wenigstens eine Batteriezelle aufweisende und in einer Reihenschaltung angeordnete Batteriemodule. Ferner umfasst das Batteriesystem ein zuvor beschriebenes Kommunikationssystem.Another aspect of the invention relates to a battery system with a battery for supplying a high-voltage network with electrical energy and a battery management system for the battery. In this case, the battery comprises a plurality of battery modules each having at least one battery cell and arranged in a series circuit. Furthermore, the battery system comprises a previously described communication system.
Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem umfasst die Batterie bevorzugt zwei Batteriepole, zwei weitere Anschlüsse, zwei Trenneinheiten und zwei Hochvoltanschlüsse. Dabei ist ein jeder der Batteriepole über jeweils eine der Trenneinheiten mit jeweils einem der zwei Hochvoltanschlüsse verbindbar. Dabei bildet ferner ein jeder der weiteren Anschlüsse jeweils einen direkt mit einem der Batteriepole verbundenen Anschluss einer der zwei Trenneinheiten.In a previously described battery system, the battery preferably comprises two battery poles, two further connections, two separation units and two high-voltage connections. In this case, each of the battery poles can be connected via in each case one of the separation units to one of the two high-voltage connections. In this case, each of the further connections further forms in each case one connection, connected directly to one of the battery terminals, of one of the two separation units.
Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem ist die Konditionierungseinheit bevorzugt derartig angeordnet, dass die Konditionierungseinheit eingangsseitig direkt mit den Batteriepolen oder mit den weiteren Anschlüssen oder mit den Hochvoltanschlüssen verbindbar ist.In a previously described battery system, the conditioning unit is preferably arranged such that the conditioning unit can be connected on the input side directly to the battery poles or to the other terminals or to the high-voltage terminals.
Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem, dessen Kommunikationssystem die parallel zu der Batterie schaltbare zentrale Batterie-Überwachungseinheit umfasst, ist die zentrale Batterie-Überwachungseinheit bevorzugt derartig angeordnet, dass die zentrale Batterie-Überwachungseinheit direkt mit den Batteriepolen verbindbar ist. Dabei kann die zentrale Batterie-Überwachungseinheit alternativ derartig angeordnet sein, dass die zentrale Batterie-Überwachungseinheit direkt mit den weiteren Anschlüssen oder mit den Hochvoltanschlüssen verbindbar ist. Dabei ist ferner die zentrale Batterie-Überwachungseinheit bevorzugt derartig angeordnet, dass die zentrale Batterie-Überwachungseinheit einen räumlichen Abstand zu der Konditionierungseinheit aufweist.In a previously described battery system, the communication system of which comprises the parallel battery-switchable central battery monitoring unit, the central battery monitoring unit is preferably arranged such that the central battery monitoring unit can be connected directly to the battery poles. In this case, the central battery monitoring unit can alternatively be arranged such that the central battery monitoring unit can be connected directly to the other terminals or to the high-voltage terminals. In this case, furthermore, the central battery monitoring unit is preferably arranged such that the central battery monitoring unit has a spatial distance to the conditioning unit.
Bei einem zuvor beschriebenen Batteriesystem, dessen Kommunikationssystem die parallel zu der Batterie schaltbare zentrale Batterie-Überwachungseinheit umfasst, weist die zentrale Batterie-Überwachungseinheit bevorzugt zwei Spannungsabgriffe auf, über die mittels der Batterie-Überwachungseinheit eine an der Batterie anliegende Spannung erfassbar ist. Dabei ist zum Verbinden der Batterie-Überwachungseinheit mit dem Übertragungskanal die Batterie-Überwachungseinheit bevorzugt über ihre Spannungsabgriffe parallel zu der Batterie schaltbar.In a previously described battery system, the communication system of which comprises the parallel battery-switchable central battery monitoring unit, the central battery monitoring unit preferably has two voltage taps via which a voltage applied to the battery can be detected by means of the battery monitoring unit. In this case, to connect the battery monitoring unit to the transmission channel, the battery monitoring unit can preferably be switched in parallel to the battery via its voltage taps.
In einem Fall, in dem die zentrale Batterie-Überwachungseinheit parallel zu der Batterie schaltbar ist und einen räumlichen Abstand zu der Konditionierungseinheit aufweist, werden entsprechend lange Hochvoltleitungen zum Schalten der zentralen Batterie-Überwachungseinheit parallel zu der Batterie verwendet. Die Hochvoltleitungen weisen aufgrund ihrer Länge eine entsprechend hohe Induktivität auf. Diese Induktivität führt zu einer Impedanz der Hochvoltleitungen, deren Betrag bei der Übertragungsfrequenz ausreichend hoch für ein durch eine Koppeleinheit der Batterie-Überwachungseinheit über die Hochvoltleitungen durgeführtes Ein- und/oder Auskoppeln von die Übertragungsfrequenz aufweisenden Kommunikationssignalen in den und/oder aus dem Übertragungskanal ist.In a case where the central battery monitoring unit is switchable in parallel to the battery and has a physical distance to the conditioning unit, correspondingly long high-voltage lines are used for switching the central battery monitoring unit in parallel with the battery. Due to their length, the high-voltage cables have a correspondingly high inductance. This inductance leads to an impedance of the high-voltage lines whose magnitude at the transmission frequency is sufficiently high for a durably by a coupling unit of the battery monitoring unit via the high-voltage lines input and / or decoupling of the transmission frequency having communication signals in and / or out of the transmission channel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Jede Komponente und jeder Parameter werden jeweils einmalig eingeführt und bei Wiederholung jeweils als schon bekannt behandelt, unabhängig davon, auf welche Zeichnung oder auf welches Ausführungsbeispiel sich ein jeweils entsprechender Beschreibungsteil, in dem die entsprechende Komponente oder der entsprechende Parameter wiederholt vorkommt, bezieht. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components and parameters. Each component and each parameter are each introduced once and treated as repetitive in each case as already known, regardless of which drawing or on which embodiment, a respective corresponding part of the description, in which the corresponding component or the corresponding parameter occurs repeatedly relates. In the drawings:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Kommunikationssystem umfasst mehrere Kommunikationsteilnehmer
Ein Übertragungskanal
Die Reihenschaltung umfasst mehrere Verschienungen
Die Kommunikationsteilnehmer
Zum Verbinden einer jeden der Batteriemodul-Überwachungseinheiten
Die Batterie umfasst zwei Batteriepole (nicht explizit dargestellt), zwei weitere Anschlüsse, zwei Trenneinheiten (nicht dargestellt) und zwei Hochvoltanschlüsse
Zum Verbinden der zentralen Batterie-Überwachungseinheit
Ferner umfassen die Batteriemodul-Überwachungseinheiten
Die Konditionierungseinheit
Die Konditionierungseinheit
Die zentrale Batterie-Überwachungseinheit
Die Konditionierungseinheit
Die Konditionierungseinheit
Alternativ kann die zweite Schaltung als Schutzschaltung ausgebildet sein. Die Schutzschaltung ist mit einer elektrischen Masse (nicht dargestellt) verbunden. Ferner ist die Schutzschaltung dazu ausgebildet, wenigstens einen jeweils zwischen einem der zwei ausgangsseitigen Anschlüsse der Konditionierungseinheit
Alternativ kann die zweite Schaltung auch als Filterschaltung ausgebildet sein. Die Filterschaltung ist dazu ausgebildet, das wenigstens eine Störsignal beim Passieren der Konditionierungseinheit
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Norm IEC 60384-1 [0021] Standard IEC 60384-1 [0021]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111886751A (en) * | 2018-07-04 | 2020-11-03 | 宝马股份公司 | Battery management system for a high-voltage battery of a motor vehicle, high-voltage battery and motor vehicle |
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US20130314048A1 (en) * | 2011-02-23 | 2013-11-28 | Sony Corporation | Battery device, battery management method, and electronic apparatus |
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-
2015
- 2015-10-12 DE DE102015219677.1A patent/DE102015219677A1/en active Pending
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