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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalbearbeitungsvorrichtung für ein insbesondere in ein Batteriesystem einsetzbares Kommunikationssystem und ein in ein Batteriesystem einsetzbares Kommunikationssystem mit einer solchen Signalbearbeitungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Batteriemanagementsysteme für Batteriesysteme, die in Elektro- und/oder Hybrid-Fahrzeuge eingesetzt werden können, bekannt. Ein solches Batteriesystem umfasst eine insbesondere in Form einer Lithium-Ionen-Batterie ausgebildete Batterie mit mehreren Batteriemodulen, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Ein solches Batteriemanagementsystem umfasst eine zentrale Batterieüberwachungseinheit und mehrere Batteriemodulüberwachungseinheiten. Die Batterieüberwachungseinheit ist dazu ausgebildet, einen Funktionszustand der Batterie zu überwachen. Eine jede der Batterieüberwachungseinheiten ist dazu ausgebildet, einen Funktionszustand eines der Batteriemodule, das der jeweiligen Batterieüberwachungseinheit zugeordnet ist, zu überwachen.
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Ein zuvor beschriebenes Batteriemanagementsystem ist in Form eines Kommunikationssystems ausgebildet. Dabei stellen die zentrale Batterieüberwachungseinheit und die Batteriemodulüberwachungseinheiten Kommunikationsmodule des entsprechenden Kommunikationssystems dar. Die Kommunikationsmodule sind mittels von Kommunikationsleitungen miteinander verbunden und können mittels von Kommunikationssignalen miteinander kommunizieren. Dabei sind die Kommunikationssignale in über die Kommunikationsleitungen zu übertragenen Übertragungssignalen enthalten.
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Die Kommunikationsleitungen können in Form eines Bussystems ausgebildet sein.
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Um Gewicht und Herstellungskosten eines Batteriesystems mit einem solchen Batteriemanagementsystem zu senken, werden häufig Energieleitungen, die in dem Batteriesystem bereits vorhanden sind und zum Übertragen elektrischer Energie vorgesehen sind, als Kommunikationsleitungen für das Batteriemanagementsystem verwendet. Eine solche Kommunikationsart wird auch als Powerline-Kommunikation bezeichnet. Solche Energieleitungen sind aber nicht für Übertragung von Signalen mit hohen Frequenzen optimiert, bewirken eine hohe Dämpfung von übertragenen Signalen und sind für Rauchstörungen anfällig.
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Rauschstörungen werden häufig durch Schmalbandinterferenzen verursacht. Solche Störungen werden durch passive Antennen in den Energieleitungen und/oder Signal- und Datenbussen eines zuvor beschriebenen Batteriesystems eingekoppelt und zu allen angeschlossenen Komponenten, inklusive der Batterie des jeweiligen Batteriesystems, transportiert. Passive Antennen können beispielsweise durch Kabelstränge, die sich in einem Fahrzeug mit einem solchen Batteriesystem befinden, gebildet werden.
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Ein aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftretendes Störsignal weist eine Amplitude und eine Frequenz auf, die sich mit der Zeit üblicherweise sehr langsam verändern und deswegen als konstant innerhalb einer Übertragungsdauer eines kurzen Datenpakets, das mittels Powerline-Kommunikation übertragbar ist, angenommen werden können. Eine solche Übertragungsdauer beträgt weniger als 50 µs.
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Störsignale, die aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftreten, überlagern sich mit den Kommunikationssignalen, die über die Kommunikationsleitungen eines zuvor beschriebenen Batteriemanagementsystems übertragen werden. Aus diesem Grund sind die über die Kommunikationsleitungen übertragenen Übertragungssignale jeweils als Summe zwischen einem entsprechenden Kommunikationssignal und einem aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftretenden Störsignal anzusehen.
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Ein zuvor beschriebenes Batteriemanagementsystem kann eine Signalbearbeitungsvorrichtung umfassen, die einen Signalpfad und einen Empfangspfad umfasst. Ein über die Kommunikationsleitungen übertragenes Übertragungssignal wird dann über den Signalpfad weiter übertragen und dem Empfangspfad bereitgestellt. Das Überragungssignal umfasst ein insbesondere in Form eines modulierten Signals erzeugtes Kommunikationssignal und ein aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftretendes Störsignal. Der Empfangspfad umfasst einen Analog-Digital-Wandler und einen Demodulator. Der Analog-Digital-Wandler ist dazu ausgebildet, das von dem Signalpfad übertragene Übertragungssignal in ein Digitalsignal umzuwandeln und das Digitalsignal dem Demodulator bereitzustellen. Der Demodulator ist dazu ausgebildet, das Digitalsignal zu demodulieren.
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Hierzu berücksichtigen ist, dass das Störsignal unterschiedlich stark in die Kommunikationsleitungen eingekoppelt werden kann und deswegen eine Amplitude aufweist, die nicht konstant über einen Frequenzspektrum des Kommunikationssignals ist. Bei manchen Frequenzen kann die Amplitude des Störsignals so hoch sein, dass eine Amplitude des Übertragungssignals außerhalb eines Wertebereich liegt, der für Signalstärken von Eingangssignalen des Analog-Digital-Wandlers zulässig ist. In einem solchen Fall wird eine Eingangssättigung des Analog-Digital-Wandlers erreicht, die zu einer Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers führt. Infolge der Übersteuerung werden Signalteile des Übertragungssignals, die eine außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegende Signalstärke aufweisen, abgeschnitten. Folglich ist eine weitere Übertragung dieser Signalteile des Kommunikationssignals nicht mehr möglich. Aus diesem Grund umfasst der Empfangspfad eine automatische Verstärkungsregelung, die zwischen dem Signalpfad und dem Analog-Digital-Wandler geschaltet ist.
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Die automatische Verstärkungsregelung ist dazu ausgebildet, das Übertragungssignal derartig zu verstärken oder zu dämpfen, dass eine Amplitude des verstärkten oder gedämpften Übertragungssignals innerhalb des für den Analog-Digital-Wandler zulässigen Wertebereichs liegt. In einem Fall, in dem die Amplitude des Übertragungssignals zu niedrig ist, kann das Übertragungssignal mittels der automatischen Verstärkungsregelung derartig verstärkt werden, dass eine Amplitude des verstärkten Übertragungssignals hoch genug ist, um ein hohes Signal-zu-Quantisierungsrausch-Verhältnis bei einer durch den Analog-Digital-Wandler durchzuführenden Analog-Digital-Umwandlung zu bewirken.
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Die automatische Verstärkungsregelung kann zwischen dem Kommunikationssignal und dem Störsignal nicht unterscheiden. Folglich werden das Kommunikationssignal und das Störsignal in gleichen Maßen gedämpft oder verstärkt. Das bedeutet, dass das Signal-zu-Quantisierungsrausch-Verhältnis gesenkt wird, wenn die Amplitude des Übertragungssignals außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegt und durch die automatische Verstärkungsregelung gedämpft wird. Wenn dabei eine Amplitude des Kommunikationssignal auch noch wesentlich kleiner als die Amplitude des Rauchsignals ist, kann es passieren, das eine Amplitude des gedämpften Kommunikationssignals unterhalb einer Auflösungsgrenze des Analog-Digital-Wandlers sinkt, so dass eine Übertragungsqualität sehr stark beeinträchtigt wird.
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Eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die eine automatische Verstärkungsregelung umfasst, ist aus dem Dokument
WO 2015/035922 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Signalbearbeitungsvorrichtung für ein insbesondere in ein Batteriesystem einsetzbares Kommunikationssystem bereitgestellt. Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist einen Signalpfad auf, der dazu ausgebildet ist, ein von dem Kommunikationssystem übertragenes und ein Kommunikationssignal enthaltendes Übertragungssignal zu empfangen und weiter zu übertragen. Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist ferner einen Signaldetektor auf, der dazu ausgebildet ist, ein Vorliegen eines in dem Übertragungssignal enthaltenden und aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftretenden Störsignals zu detektieren und beim Vorliegen des Störsignals ein Aktivierungssignal zu erzeugen. Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist ferner einen Signalsynthesizer auf, der dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen des Aktivierungssignals ein Approximationssignal, welches das Störsignal innerhalb von vordefinierten Toleranzgrenzen wiedergibt, zu erzeugen. Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist ferner eine Übertragungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das von dem Signalpfad übertragene Übertragungssignal und das Approximationssignal zu empfangen und ein Differenzsignal, der gleich einer Differenz zwischen dem Übertragungssignal und dem Approximationssignal ist, auszugeben. Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist ferner einen Empfangspfad mit einem Analog-Digital-Wandler auf, der dazu ausgebildet ist, ein mittels des von dem Empfangspfad empfangenen Differenzsignals erzeugtes Signal in ein Digitalsignal umzuwandeln.
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Dadurch, dass das Approximationssignal einen Verlauf des Störsignals annähert und aus dem Übertragungssignal subtrahiert wird, wird erreicht, dass ein aufgrund von Schmalbandinterferenzen in dem Übertragungssignal vorhandener Störpegel reduziert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Wahrscheinlichkeit, mit der eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers infolge einer großen Amplitude des Störsignals auftritt, drastisch reduziert wird.
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Ferner wird erreicht, dass ein Signal-zu-Quantisierungsrausch-Verhältnis, das bei einer durch den Analog-Digital-Wandler durchzuführenden Analog-Digital-Umwandlung auftritt, erhöht wird. Hier ist zu berücksichtigen, dass das Übertragungssignal als Summe zwischen dem Kommunikationssignal und dem Störsignal anzusehen ist. Da das Approximationssignal das Störsignal innerhalb von vordefinierten Toleranzgrenzen wiedergibt, entspricht das Differenzsignal im Wesentlichen dem Kommunikationssignal.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt stimmt das mittels des Differenzsignals erzeugte Signal mit dem Differenzsignal überein.
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Weiter bevorzugt ist der Signaldetektor der zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet, wenigstens einen Parameter des Störsignals zu bestimmen und mittels des wenigstens einen Parameters das Vorliegen des Störsignals zu detektieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Signaldetektor einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet, das Aktivierungssignal bei Vorliegen einer Amplitude des Störsignals, die einen vordefinierten Amplitudengrenzwert überschreitet, zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein Signalbearbeitungsaufwand, der bei einer durch die jeweilige Signalbearbeitungsvorrichtung durchgeführten weiteren Übertragung von mittels des Kommunikationssystems übertragenen Übertragungssignalen notwendig ist, reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das in dem von einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung weiter übertragenen Übertragungssignal enthaltene Störsignal ein sinusförmiges Signal. Alternativ oder zusätzlich ist das von dem Signalsynthesizer der jeweiligen Signalbearbeitungsvorrichtung erzeugte Approximationssignal ein periodisches Signal, das mit einem Dreiecksignal, einem Rechtecksignal oder einem sinusförmigen Signal übereinstimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Signaldetektor einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung eine Bestimmungseinheit. Alternativ oder zusätzlich ist der Signalsynthesizer der jeweiligen Signalbearbeitungsvorrichtung in Form einer analogen Schaltung mit einem Komparator und einem Integrator ausgebildet. Dabei ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, einen Scheitelfaktor des Übertragungssignals zu bestimmen und das Vorliegen des Störsignals anhand des bestimmten Scheitelfaktors zu detektieren.
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Bevorzugt umfasst die Bestimmungseinheit eine analoge Schaltung, die dazu ausgebildet ist, den Scheitelfaktor des Übertragungssignals zu bestimmen. Weiter bevorzugt umfasst die Bestimmungseinheit einen digitalen Prozessor, der dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Algorithmus zum Bestimmen des Scheitelfaktors des Übertragungssignals auszuführen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Komparator einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung eingangsseitig mit der Bestimmungseinheit und ausgangsseitig mit dem Integrator verbunden.
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Hier ist zu berücksichtigen, dass das Störsignal sinusförmig sein kann und dass ein sinusförmiges Signal einen Scheitelfaktor von etwa 1, 41 aufweist. Hier ist ferner zu berücksichtigen, dass das Kommunikationssignal insbesondere ein moduliertes Signal ist, das mittels eines oder mehrerer Trägersignale erzeugt wird, die jeweils einen Scheitelfaktor aufweisen, der unterschiedlich gegenüber einem Scheitelfaktor eines sinusförmigen Signals ist. In einem solchen Fall kann die Bestimmungseinheit mittels des Scheitelfaktors des Übertragungssignals das Vorliegen des Störsignals in einer besonders aufwandsarmen Weise detektieren.
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Bevorzugt ist die analoge Schaltung des Signalsynthesizers dazu ausgebildet, das Approximationssignal in Form eines periodischen Signals zu erzeugen, das mit einem Dreiecksignal, einem Rechtecksignal oder einem sinusförmigen Signal übereinstimmt.
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Weiter bevorzugt ist der Signaldetektor dazu ausgebildet, den Komparator mittels des Aktivierungssignals zu aktivieren, unmittelbar nachdem der Signaldetektor das Vorliegen des Störsignals detektiert hat.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das in dem von einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung weiter übertragenen Übertragungssignal enthaltene Kommunikationssignal ein moduliertes Signal.
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Bevorzugt ist das Kommunikationssignal ein mittels eines orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens moduliertes Signal. Weiter bevorzugt ist das Kommunikationssignal ein mittels eines Frequenzmodulationsverfahrens moduliertes Signal.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Scheitelfaktor eines Trägersignals des in dem von einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung weiter übertragenen Übertragungssignal enthaltenen Kommunikationssignals unterschiedlich gegenüber einem Scheitelfaktor des in dem Übertragungssignal enthaltenen Störsignals.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Empfangspfad einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung einen Demodulator, der dazu ausgebildet ist, das Digitalsignal zu empfangen und zu demodulieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Empfangspfad einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung einen Bandpassfilter und/oder eine automatische Verstärkungsregelung. Dabei sind der Bandpassfilter und/oder die automatische Verstärkungsregelung eingangsseitig mit der Übertragungseinheit und ausgangsseitig mit dem Analog-Digital-Wandler jeweils verbunden. Der Bandpassfilter ist dazu ausgebildet, Teile seiner Eingangssignale, die Frequenzen aufweisen, die in einem Frequenzspektrum des Kommunikationssignals liegen, durchzulassen und Teile seiner Eingangssignale, die Frequenzen aufweisen, die außerhalb des Frequenzspektrums des Kommunikationssignals liegen, zu unterdrücken. Alternativ oder zusätzlich ist die automatische Verstärkungsregelung dazu ausgebildet, ihre Eingangssignale derartig zu verstärken oder zu dämpfen und dann auszugeben, dass ihre Ausgangssignale Amplituden aufweisen, die in einem Wertebereich liegen, der für Signalstärken von Eingangssignalen des Analog-Digital-Wandlers zulässig ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die automatische Verstärkungsregelung einer zuvor beschriebenen Signalbearbeitungsvorrichtung zwischen dem Bandpassfilter und dem Analog-Digital-Wandler geschaltet.
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Vorteilhaft bei der Verwendung des Bandpassfilters ist, dass alle in dem Differenzsignal enthaltenen Teile des Approximationssignals, die Frequenzen aufweisen, die außerhalb des Frequenzspektrums des Kommunikationssignals liegen, herausgefiltert werden. Dadurch wird ein Auswerteaufwand, der bei einer Auswertung von in dem Kommunikationssignal enthaltenen Nutzinformationen notwendig ist, reduziert, da die herausgefilterten Teile des Approximationssignals, keine Nutzinformationen enthalten und auch nicht mehr ausgewertet werden müssen. Hier ist zu berücksichtigen, dass das Differenzsignal durch Subtraktion des Approximationssignals aus dem Übertragungssignal gewonnen wird.
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Vorteilhaft bei der Verwendung der automatischen Verstärkungsregelung ist, dass die automatische Verstärkungsregelung das Differenzsignal derartig verstärken kann, dass eine Amplitude des verstärkten Differenzsignals hoch genug ist, um ein hohes Signal-zu-Quantisierungsrausch-Verhältnis bei einer entsprechenden Analog-Digital-Umwandlung zu bewirken. Eine Verstärkung des Differenzsignals kann dann erfolgen, wenn das Differenzsignal eine zu niedrige Amplitude aufweist. Da das Differenzsignal durch Subtraktion des Approximationssignals aus dem Übertragungssignal gewonnen wird und dadurch das Differenzsignal hauptsächlich dem Kommunikationssignal entspricht, wird bei einer Verstärkung des Differenzsignals hauptsächlich das Kommunikationssignal verstärkt. Folglich führt eine Verstärkung des Differenzsignals zu einer verbesserten Verfügbarkeit der in dem Kommunikationssignal enthaltenen Nutzinformationen.
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Weiterhin vorteilhaft bei der Verwendung der automatischen Verstärkungsregelung ist, dass die automatische Verstärkungsregelung das Differenzsignal derartig dämpfen kann, dass eine Amplitude des gedämpften Differenzsignals innerhalb des für den Analog-Digital-Wandler zulässigen Wertebereichs liegt. Eine Dämpfung des Differenzsignals kann dann erfolgen, wenn das Differenzsignal eine zu hohe Amplitude aufweist. Durch eine solche Dämpfung wird eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers vermieden. Dadurch wird sichergestellt, dass alle in dem Kommunikationssignal enthaltenen Nutzinformationen verwertet werden können. Da das Differenzsignal durch Subtraktion des Approximationssignals aus dem Übertragungssignal gewonnen wird und dadurch das Differenzsignal hauptsächlich dem Kommunikationssignal entspricht, tritt eine von dem Störsignal verursachte Überhöhung der Amplitude des Differenzsignals deutlich seltener auf. Dadurch ist eine alleine aufgrund des Störsignals durchzuführende Dämpfung des Differenzsignals deutlich seltener notwendig. Dadurch wird die Verfügbarkeit der in dem Kommunikationssignal enthaltenen Nutzinformationen verbessert.
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Bevorzugt kann eine zuvor beschriebene Signalbearbeitungsvorrichtung mittels von Hardwarekomponenten realisiert werden, die eine niedrige elektrische Leistung benötigen und auch niedrige Herstellungskosten verursachen. Weiter bevorzugt kann eine zuvor beschriebene Signalbearbeitungsvorrichtung in eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung integriert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen, die jeweils eine oder mehrere Batteriezelle aufweisen. Das Kommunikationssystem umfasst mehrere Kommunikationsmodule und mehrere Kommunikationsleitungen. Die Kommunikationsmodule sind mittels der Kommunikationsleitungen miteinander verbunden und dazu ausgebildet, mittels von Kommunikationssignalen, die in über die Kommunikationsleitungen zu übertragenen Übertragungssignalen enthalten sind, miteinander zu kommunizieren. Die Kommunikationsmodule sind jeweils dazu ausgebildet, einen Funktionszustand der Batterie oder eines der Batteriemodule zu überwachen. Das Kommunikationssystem umfasst ferner eine zuvor beschriebene Signalbearbeitungsvorrichtung.
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Bevorzugt stimmen die Kommunikationsleitungen zumindest teilweise mit Energieleitungen überein, die in dem Batteriesystem vorhanden sind und dazu ausgebildet sind, elektrische Energie zu übertragen.
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Eine zuvor beschrieben Signalbearbeitungsvorrichtung kann in einem weiten Frequenzspektrum des Übertragungssignals arbeiten und ist unabhängig von einer Topologie einer Batterie, die in einem Batteriesystem mit einem zuvor beschriebenen Kommunikationssystem eingesetzt wird.
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Da mittels einer zuvor beschrieben Signalbearbeitungsvorrichtung eine Wahrscheinlichkeit, mit der eine Übersteuerung des Analog-Digital-Wandlers auftritt, drastisch reduziert wird, wird auch eine Wahrscheinlichkeit, mit der verheerende Fehler auftreten, die von einer Übersteuerung des Analog-Digital-wandlers verursacht werden, auch drastisch reduziert. Auf diese Weise wird auch eine Betriebssicherheit eines zuvor beschriebenen Kommunikationssystems, der eine zuvor beschriebene Signalbearbeitungsvorrichtung aufweist, erhöht.
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Mittels einer zuvor beschrieben Signalbearbeitungsvorrichtung wird ferner ein Signal-zu-Quantisierungsrausch-Verhältnis bei einer entsprechenden Analog-Digital-Umwandlung erhöht. Auf diese Weise wird auch eine Funktionalität eines zuvor beschriebenen Kommunikationssystems, der eine zuvor beschriebene Signalbearbeitungsvorrichtung aufweist, verbessert.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. In den Zeichnungen ist:
- 1 eine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Signalbearbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines Übertagungssignals, das ein Kommunikationssignal und ein Störsignal enthält;
- 2 einen im Zeitbereich dargestellten Verlauf des Übertragungssignals;
- 3 einen im Frequenzbereich dargestellten Verlauf des Übertragungssignals;
- 4 einen im Zeitbereich dargestellten Verlauf eines das Störsignal innerhalb von vordefinierten Toleranzgrenzen wiedergebenden Approximationssignals;
- 5 einen im Frequenzbereich dargestellten Verlauf des Approximationssignals;
- 6 einen im Zeitbereich dargestellten Verlauf eines Differenzsignals, der gleich einer Differenz zwischen dem Übertragungssignal und dem Approximationssignal ist; und 7 einen im Frequenzbereich dargestellten Verlauf des Differenzsignals.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt eine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Signalbearbeitungsvorrichtung 1 für ein in ein Batteriesystem einsetzbares und als Batteriemanagementsystem ausgebildetes Kommunikationssystem (nicht dargestellt). Die Signalbearbeitungsvorrichtung weist einen Signalpfad 10 auf, der dazu ausgebildet ist, ein von dem Kommunikationssystem übertragenes Übertragungssignal U zu empfangen und weiter zu übertragen. Das Übertragungssignal U enthält ein Kommunikationssignal und ein aufgrund von Schmalbandinterferenzen auftretendes Störsignal und kann als Summe zwischen dem Kommunikationssignal und dem Störsignal dargestellt werden. Das Kommunikationssignal ist ein mittels eines oder mehrerer Trägersignale moduliertes Signal. Das Störsignal tritt in Form eines sinusförmigen Signals auf und hat einen Scheitelfaktor von etwa 1,41. Ein Scheitelfaktor des Störsignals ist dabei unterschiedlich gegenüber einem Scheitelfaktor des Kommunikationssignals.
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Ferner weist die Signalbearbeitungsvorrichtung 1 einen Signaldetektor 30 auf, der dazu ausgebildet ist, ein Vorliegen des Störsignals zu detektieren und beim Vorliegen des Störsignals ein Aktivierungssignal zu erzeugen. Insbesondere ist der Signaldetektor 30 dazu ausgebildet ist, das Aktivierungssignal bei Vorliegen einer Amplitude des Störsignals, die einen vordefinierten Amplitudengrenzwert überschreitet, zu erzeugen. Der Signaldetektor 30 umfasst eine Bestimmungseinheit 31, die dazu ausgebildet ist, einen Scheitelfaktor des Übertragungssignals U zu bestimmen und das Vorliegen des Störsignals mittels des bestimmten Scheitelfaktors zu detektieren.
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Weiterhin weist die Signalbearbeitungsvorrichtung 1 einen Signalsynthesizer 40 auf, der dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen des Aktivierungssignals ein Approximationssignal A, welches das Störsignal innerhalb von vordefinierten Toleranzgrenzen wiedergibt, zu erzeugen. Der Signalsynthesizer 40 ist in Form einer analogen Schaltung mit einem Komparator 41 und einem Integrator 42 ausgebildet, wobei der Komparator 41 eingangsseitig mit der Bestimmungseinheit 31 und ausgangsseitig mit dem Integrator 42 verbunden ist. Dabei wird der Komparator 41 bei Vorliegen des Störsignals mittels des Aktivierungssignals aktiviert. Die analoge Schaltung erzeugt dann das Approximationssignal A in Form eines periodischen Signals, das mit einem Dreiecksignals, einem Rechtecksignal oder einem sinusförmigen Signal übereinstimmt.
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Die Signalbearbeitungsvorrichtung 1 weist ferner eine Übertragungseinheit 50 auf, die dazu ausgebildet ist, das von dem Signalpfad 10 übertragene Übertragungssignal U und das Approximationssignal A zu empfangen und ein Differenzsignal D, das gleich einer Differenz zwischen dem Übertragungssignal U und dem Approximationssignal A ist, auszugeben.
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Die Signalbearbeitungsvorrichtung 1 weist ferner einen Empfangspfad zum Empfangen des Differenzsignals D auf. Der Empfangspfad umfasst einen der Übertragungseinheit 50 nachgeschalteten Bandpassfilter 60, eine dem Bandpassfilter 60 nachgeschaltete automatische Verstärkungsregelung 70, einen der automatischen Verstärkungsregelung 70 nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 80 und einen dem Analog-Digital-Wandler 80 nachgeschalteten Demodulator 90.
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Der Bandpassfilter 60 ist dazu ausgebildet, das Differenzsignal D zu empfangen und dann als gefiltertes Differenzsignal D1 auszugeben. Dabei ist der Bandpassfilter 60 dazu ausgebildet, Teile des Differenzsignals D, die Frequenzen aufweisen, die in einem Frequenzspektrum des Kommunikationssignals liegen, durchzulassen und Teile des Differenzsignals D, die Frequenzen aufweisen, die außerhalb des Frequenzspektrums des Kommunikationssignals liegen, zu unterdrücken.
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Die automatische Verstärkungsregelung 70 ist dazu ausgebildet, das gefilterte Differenzsignal D1 zu empfangen, das gefilterte Differenzsignal D1 zu verstärken oder zu dämpfen und dann als verstärktes oder gedämpftes Differentialsignal D2 auszugeben. Dabei wird das gefilterte Differenzsignal D1 derartig mittels der automatischen Verstärkungsregelung 70 verstärkt oder gedämpft, dass eine Amplitude des verstärkten oder gedämpften Differentialsignals D2 in einem Wertebereich liegt, der für Signalstärken von Eingangssignalen des Analog-Digital-Wandlers 80 zulässig ist.
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Der Analog-Digital-Wandler 80 ist dazu ausgebildet, das verstärkte oder gedämpfte Differenzsignal D2 zu empfangen und in ein Digitalsignal D3 umzuwandeln.
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Der Demodulator 90 ist dazu ausgebildet, das Digitalsignal D3 zu empfangen und zu demodulieren.
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2 zeigt einen Verlauf UV1 einer Signalstärke des Übertragungssignals U in Abhängigkeit von in Mikrosekunden (µs) gemessener Zeit. Hier ist zu berücksichtigen, dass eine Mikrosekunde gleich 10-6 Sekunden ist. In der 2 sind auf einer mit UA bezeichnete Achse einheitslose Werte angegeben, die von der auf einen vordefinierten Signalstärkenwert normierten Signalstärke des Übertragungssignals U angenommen werden können. Bei dem in der 2 dargestellten Beispiel ist das in dem Übertragungssignal U enthaltene Kommunikationssignal ein mittels eines orthogonalen Frequenzmultiplexverfahrens moduliertes Signal. Das bedeutet, dass bei dem in der 2 dargestellten Beispiel das Kommunikationssignal mit mehreren Trägerfrequenzen 50 moduliert wird. Ein Verlauf eines mit diesem Kommunikationssignal assoziierten Symbols setzt sich aus einer Summe aller vier modulierten Trägersignale zusammen.
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3 zeigt einen Verlauf UV2 eines Leistungspegels des in der 2 dargestellten Übertragungssignals U in Abhängigkeit von in Megahertz (MHz) gemessener Frequenz f. In der 3 sind auf einer mit UP bezeichnete Achse Werte in Dezibel-Milliwatt (dBm) angegeben, die von dem Leistungspegel des Übertragungssignals U angenommen werden können. Hier ist zu berücksichtigen, dass ein Dezibel-Milliwatt eine Einheit für einen Leistungspegel ist, der das Verhältnis einer Leistung im Vergleich zu einer Bezugsleistung von einem Milliwatt beschreibt. Ein Milliwatt ist gleich 10-3 Watt.
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Bei dem in der 3 dargestellten Beispiel weist der Leistungspegel des Übertragungssignals U bei einer Frequenz von etwa 10 MHz einen aufgrund einer hohen Amplitude des Störsignals stark überhöhten Wert auf. Dieser Wert beträgt etwa 9,2 dBm und ist folglich um mehr als 40 dB größer als einen Wert, der von einem Leistungspegel des Kommunikationssignals bei derselben Frequenz angenommenen wird.
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4 zeigt einen Verlauf AV1 einer Signalstärke des Approximationssignals A in Abhängigkeit von in Mikrosekunden gemessener Zeit t. In der 4 sind auf einer mit AA bezeichnete Achse einheitslose Werte angegeben, die von der auf einen vordefinierten Signalstärkenwert normierten Signalstärke des Approximationssignals A angenommen werden können. Bei dem in der 4 dargestellten Beispiel, ist das Approximationssignal A ein periodisches Signal, das mit einem Dreiecksignal übereinstimmt. Bei dem in der 4 dargestellten Beispiel, gibt das Approximationssignal A dasjenige Störsignal innerhalb von vordefinierten Toleranzgrenzen wieder, das in dem Übertragungssignal U enthalten ist, das in der 2 dargestellt ist.
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5 zeigt einen Verlauf AV2 eines Leistungspegels des in der 4 dargestellten Approximationssignals A in Abhängigkeit von in Megahertz (MHz) gemessener Frequenz f. In der 5 sind auf einer mit AP bezeichnete Achse Werte in Dezibel-Milliwatt angegeben, die von dem Leistungspegel des Approximationssignals A angenommen werden können. Aus der 5 ist ersichtlich, dass der Leistungspegel des Approximationssignals A einen maximalen Wert von 9 dBm bei einer Frequenz von 10 MHz annimmt.
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6 zeigt einen Verlauf DV1 einer Signalstärke des Differenzsignals D in Abhängigkeit von in Mikrosekunden gemessener Zeit t. In der 4 sind auf einer mit DA bezeichnete Achse einheitslose Werte angegeben, die von der auf einen vordefinierten Signalstärkenwert normierten Signalstärke des Differenzsignals D angenommen werden können. Bei dem in der 6 dargestellten Beispiel, wird das Differenzsignal D durch Subtraktion des in der 4 dargestellten Approximationssignals A aus dem in der 2 dargestellten Übertragungssignal U gewonnen.
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7 zeigt einen Verlauf DV2 eines Leistungspegels des in der 6 dargestellten Differenzsignals D in Abhängigkeit von in Megahertz (MHz) gemessener Frequenz f. In der 7 sind auf einer mit DP bezeichnete Achse Werte in Dezibel-Milliwatt angegeben, die von dem Leistungspegel des Differenzsignals D angenommen werden können. Aus der 7 ist ersichtlich, dass bei einer Frequenz von 10 MHz der Leistungspegel des Differenzsignals D einen Wert aufweist, der etwa -21,43 dBm beträgt und folglich um fast 30 dB kleiner als der Wert ist, der von dem Leistungspegel des in der 3 dargestellten Übertragungssignals U bei derselben Frequenz angenommen wird. Aus der 7 ist ferner ersichtlich, dass Oberschwingungen des Approximationssignals A außerhalb eines Frequenzspektrums des Kommunikationssignals, insbesondere außerhalb des mit dem Kommunikationssignal assoziierten Symbols, liegen und deswegen mittels des Badpassfilters 60 leicht herausgefiltert werden können.
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Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 7 Bezug genommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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