DE102017212594A1 - Method for noise suppression in a battery, noise suppression device and battery - Google Patents
Method for noise suppression in a battery, noise suppression device and battery Download PDFInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Rauschunterdrücken in einer Batterie (10) vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Extrahieren eines ersten Rauschteilsignals aus einem Rauschsignal in der Batterie (10), wobei das erste Rauschteilsignal in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich liegt; Gleichrichten des ersten Rauschteilsignals zum Erzeugen einer Gleichstromspannung; Versorgen einer Signalverarbeitungseinheit mit der Gleichstromspannung; und Erzeugen eines Rauschunterdrückungssignals mittels der Signalverarbeitungseinheit zum Unterdrücken eines zweiten Rauschteilsignals des Rauschsignals in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich, wobei sich der erste vorbestimmte Frequenzbereich von dem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich unterscheidet.A method is proposed for noise suppression in a battery (10), the method comprising the steps of: extracting a first noise component signal from a noise signal in the battery (10), the first noise component signal being in a first predetermined frequency range; Rectifying the first noise part signal to generate a DC voltage; Supplying a signal processing unit with the DC voltage; and generating a noise suppression signal by the signal processing unit to suppress a second noise sub-signal of the noise signal in a second predetermined frequency range, wherein the first predetermined frequency range is different from the second predetermined frequency range.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rauschunterdrücken in einer Batterie, eine Rauschunterdrückungsvorrichtung und eine Batterie.The invention relates to a method for noise suppression in a battery, a noise suppression device and a battery.
Stand der TechnikState of the art
Rauschen, das durch Inverter oder andere Elektronikbauelemente verursacht wird, kann in Batterien, insbesondere in Hochvoltbatterien, eindringen und die powerline communication (PLC) oder sogar das Batteriemanagementsystem stören. Andererseits können Störemissionen der Batterie bzw. das Rauschen einer Batterie andere Elektronikbauelemente stören.Noise caused by inverters or other electronic components can invade batteries, especially in high-voltage batteries, and disrupt the powerline communication (PLC) or even the battery management system. On the other hand, noise emissions of the battery or the noise of a battery can disturb other electronic components.
Bisher bekannt sind passive Tiefpassfilter und Gleichtaktdrosseln, um Rauschen in einer Batterie bzw. von einer Batterie zu unterdrücken. Die Filter umfassen oftmals Kapazitäten und Spulen. Die Filter für Hochspannungs- oder Hochstromapplikationen sind teuer und diese können kaum in eine Batterie integriert werden, aufgrund ihres Standardgehäuses und ihrer großen Größe. Speziell angepasste Filter mit kostengünstigen Komponenten weisen unter ungünstigen Umständen Performanzunterschiede hinsichtlich des Frequenzgangs von Filter zu Filter auf, da die Komponenten des Filters große (Herstellungs-)Toleranzen aufweisen.To date, passive low pass filters and common mode chokes are known to suppress noise in a battery. The filters often include capacitors and coils. The filters for high voltage or high current applications are expensive and these can hardly be integrated into a battery because of their standard housing and their large size. Specially adapted filters with inexpensive components exhibit performance differences in frequency response from filter to filter under unfavorable circumstances, since the components of the filter have large (manufacturing) tolerances.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, Rauschen innerhalb einer Batterie bzw. an den Batteriepolen kostengünstig, technisch einfach und mit hoher Qualität zu unterdrücken.Embodiments of the present invention can advantageously make it possible to suppress noise within a battery or at the battery poles in a cost-effective, technically simple and high-quality manner.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Rauschunterdrücken in einer Batterie vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Extrahieren eines ersten Rauschteilsignals aus einem Rauschsignal in der Batterie, wobei das erste Rauschteilsignal in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich liegt; Gleichrichten des ersten Rauschteilsignals zum Erzeugen einer Gleichstromspannung; Versorgen einer Signalverarbeitungseinheit mit der Gleichstromspannung; und Erzeugen eines Rauschunterdrückungssignals mittels der Signalverarbeitungseinheit zum Unterdrücken eines zweiten Rauschteilsignals des Rauschsignals in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich, wobei sich der erste vorbestimmte Frequenzbereich von dem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich unterscheidet.According to a first aspect of the invention, there is provided a method of noise suppression in a battery, the method comprising the steps of: extracting a first noise sub-signal from a noise signal in the battery, the first noise sub-signal being in a first predetermined frequency range; Rectifying the first noise part signal to generate a DC voltage; Supplying a signal processing unit with the DC voltage; and generating a noise suppression signal by the signal processing unit to suppress a second noise sub-signal of the noise signal in a second predetermined frequency range, wherein the first predetermined frequency range is different from the second predetermined frequency range.
Ein Vorteil hiervon ist, dass das Rauschen in der Batterie in der Regel technisch einfach und kostengünstig unterdrückt bzw. gemindert bzw. gedämpft wird. Darüber hinaus wird der Strom bzw. die Spannung für das Rauschunterdrücken in der Regel aus dem Rauschen bzw. dem Rauschsignal selbst gewonnen. Somit kann das Verfahren typischerweise ohne externe Stromquelle durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren im Allgemeinen auch bei einer Hochvoltbatterie zuverlässig ausgeführt werden. Das Rauschunterdrückungssignal kann typischerweise durch einen Verstärker bzw. Operationsverstärker verstärkt und den Polen der Batterie zugeführt werden.One advantage of this is that the noise in the battery is usually suppressed or reduced or attenuated in a technically simple and cost-effective manner. In addition, the noise cancellation signal is usually obtained from the noise or the noise signal itself. Thus, the process may typically be performed without external power source. In particular, the method can generally be carried out reliably even with a high-voltage battery. The noise cancellation signal can typically be amplified by an amplifier and fed to the poles of the battery.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Rauschunterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken eines zweiten Rauschteilsignals eines Rauschsignals an den Batteriepolen einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, vorgeschlagen, wobei die Rauschunterdrückungsvorrichtung einen ersten Bandpassfilter zum Extrahieren eines ersten Rauschteilsignals aus dem Rauschsignal, wobei das erste Rauschteilsignal in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich liegt, einen Gleichrichter zum Erzeugen einer Gleichstromspannung aus dem ersten Rauschteilsignal, eine Signalverarbeitungseinheit zum Erzeugen eines Rauschunterdrückungssignals in dem zweiten Rauschteilsignal, wobei das zweite Rauschteilsignal in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich liegt, wobei die Signalverarbeitungseinheit von dem Gleichrichter mit Gleichstromspannung versorgt wird, und einen zweiten Bandpassfilter zum Extrahieren eines zweiten Rauschteilsignals aus dem Rauschsignal und zum Zuführen des zweiten Rauschteilsignals zu der Signalverarbeitungseinheit umfasst.According to a second aspect of the invention, a noise suppression device is proposed for suppressing a second noise signal of a noise signal at the battery terminals of a battery, in particular a high-voltage battery, wherein the noise suppression device comprises a first band pass filter for extracting a first noise signal from the noise signal, the first noise signal in a first predetermined frequency range, a rectifier for generating a DC voltage from the first noise sub-signal, a signal processing unit for generating a noise suppression signal in the second noise sub-signal, the second noise sub-signal is in a second predetermined frequency range, wherein the signal processing unit is supplied by the rectifier with DC voltage, and a second bandpass filter for extracting a second noise signal from the noise signal and supplying the second noise includes partial signal to the signal processing unit.
Ein Vorteil hiervon ist, dass durch die Rauschunterdrückungsvorrichtung das Rauschen bzw. das Rauschsignal in der Batterie in der Regel technisch einfach und kostengünstig unterdrückt bzw. gemindert werden kann. Zudem wird die Signalverarbeitungseinheit typischerweise durch Strom bzw. Spannung aus dem Rauschen selbst versorgt. Somit ist in der Regel keine Stromversorgung (wie z.B. von einem 12-Volt- oder 48-Volt-Bordnetz) von außerhalb der Batterie notwendig. Zudem wird typischerweise auch keine interne Stromversorgung mittels eines DC-DC-Spannungswandlers von der (Hochvolt-)Batterie benötigt. Auch kann die Rauschunterdrückungsvorrichtung im Allgemeinen eine geringe Größe aufweisen, so dass die Rauschunterdrückungsvorrichtung technisch einfach in eine Batterie integriert oder in eine Batterie eingebaut werden kann. Insbesondere kann die Rauschunterdrückungsvorrichtung im Allgemeinen auch bei Hochvoltbatterien verwendet werden. Das Rauschunterdrückungssignal kann typischerweise durch einen Verstärker bzw. Operationsverstärker verstärkt und den Batteriepolen zugeführt werden.An advantage of this is that the noise or the noise signal in the battery can usually be suppressed or reduced by the noise suppression device in a technically simple and cost-effective manner. In addition, the signal processing unit is typically powered by current or voltage from the noise itself. Thus, usually no power supply (such as from a 12-volt or 48-volt electrical system) from outside the battery is necessary. In addition, typically no internal power supply is required by means of a DC-DC voltage converter from the (high-voltage) battery. Also, the noise suppressing device may be generally small in size, so that the Noise reduction device can be technically easily integrated into a battery or built into a battery. In particular, the noise suppression device can generally also be used in high-voltage batteries. The noise cancellation signal may typically be amplified by an amplifier and supplied to the battery poles.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Batterie vorgeschlagen, umfassend mindestens eine Batteriezelle, Batteriepole zum Anschließen der Batterie, und eine Rauschunterdrückungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei die Rauschunterdrückungsvorrichtung zwischen die Batteriezelle und die Batteriepole elektrisch geschaltet ist.According to a third aspect of the invention, there is provided a battery comprising at least one battery cell, battery poles for connecting the battery, and a noise suppressing device as described above, wherein the noise suppressing device is electrically connected between the battery cell and the battery poles.
Ein Vorteil hiervon ist, dass das Rauschen in der Batterie typischerweise technisch einfach und kostengünstig unterdrückt bzw. gemindert werden kann. Zudem wird im Allgemeinen die Signalverarbeitungseinheit durch Strom bzw. Spannung aus dem Rauschen selbst versorgt. Auch kann die Rauschunterdrückungsvorrichtung typischerweise eine geringe Größe aufweisen, so dass die Batterie insgesamt eine geringe Größe aufweisen kann. One advantage of this is that the noise in the battery can typically be suppressed or reduced in a technically simple and cost-effective manner. In addition, in general, the signal processing unit is supplied by current or voltage from the noise itself. Also, the noise suppression device may typically be small in size so that the battery as a whole may be small in size.
Insbesondere kann die Batterie im Allgemeinen eine Hochvoltbatterie sein. Das Rauschunterdrückungssignal kann typischerweise durch einen Verstärker verstärkt und den Batteriepolen zugeführt werden.In particular, the battery may generally be a high-voltage battery. The noise cancellation signal may typically be amplified by an amplifier and applied to the battery poles.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der zweite vorbestimmte Frequenzbereich einen Frequenzbereich für Trägerfrequenzverfahren zumindest teilweise, insbesondere vollständig. Hierdurch wird sichergestellt, dass powerline communication bzw. Kommunikation mittels Trägerfrequenztechnik typischerweise möglichst rauscharm stattfinden kann. Insbesondere kann im Allgemeinen powerline communication bzw. Kommunikation mittels Trägerfrequenztechnik bezüglich der Batterie störungsarm bzw. störungsfrei stattfinden. Somit wird in der Regel die Zuverlässigkeit der Batterie erhöht. Der zweite Frequenzbereich kann typischerweise insbesondere den Bereich von ca. 8 MHz bis ca. 12 MHz umfassen.According to one embodiment of the method, the second predetermined frequency range comprises a frequency range for carrier frequency methods at least partially, in particular completely. This ensures that powerline communication or communication by means of carrier frequency technology can typically take place as low noise as possible. In particular, in general, powerline communication or communication by means of carrier frequency technology can take place with little or no interference with respect to the battery. Thus, the reliability of the battery is usually increased. The second frequency range may typically include the range of about 8 MHz to about 12 MHz.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Signalverarbeitungseinheit ohne elektrische Energie von außerhalb der Batterie, insbesondere ohne elektrische Energie von einem 12-Volt- oder 48-Volt-Bordnetz, betrieben. Hierdurch wird im Allgemeinen das Eindringen von Rauschen bzw. Störsignalen von außerhalb der Batterie sicher vermieden. Zudem ist das Verfahren in der Regel technisch besonders einfach und energiesparsam. Darüber hinaus kann bei dem Verfahren die Signalverarbeitungseinheit ohne interne Stromversorgung mittels eines DC-DC-Spannungswandlers von der (Hochvolt-)Batterie betrieben werden.According to one embodiment of the method, the signal processing unit is operated without electrical energy from outside the battery, in particular without electrical energy from a 12 volt or 48 volt vehicle electrical system. As a result, the intrusion of noise or interference from outside the battery is generally avoided. In addition, the process is usually technically particularly simple and energy-efficient. Moreover, in the method, the signal processing unit can be operated without internal power supply by means of a DC-DC voltage converter from the (high-voltage) battery.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens liegt der erste Frequenzbereich unterhalb des zweiten Frequenzbereichs. Hierdurch steht für den Betrieb der Signalverarbeitungseinheit in der Regel besonders viel Energie zur Verfügung, da das Rauschen bzw. die Energie bzw. Leistung des Rauschens mit steigender Frequenz sinkt, z.B. exponentiell abfällt.According to one embodiment of the method, the first frequency range is below the second frequency range. As a result, the operation of the signal processing unit usually has a particularly large amount of energy available, since the noise or the energy or noise of the noise decreases with increasing frequency, e.g. exponentially declines.
Gemäß einer Ausführungsform der Rauschunterdrückungsvorrichtung umfasst der zweite vorbestimmte Frequenzbereich einen Frequenzbereich für Trägerfrequenzverfahren zumindest teilweise, insbesondere vollständig. According to an embodiment of the noise suppression device, the second predetermined frequency range comprises a frequency range for carrier frequency methods at least partially, in particular completely.
Hierdurch kann in der Regel erreicht werden, dass powerline communication möglichst rauscharm stattfindet. Insbesondere kann im Allgemeinen erreicht werden, dass powerline communication bezüglich der Batterie störungsarm bzw. störungsfrei stattfindet. Somit wird die Zuverlässigkeit der Batterie typischerweise erhöht.As a result, it can generally be achieved that powerline communication takes place as low-noise as possible. In particular, it can generally be achieved that powerline communication with respect to the battery takes place with little or no interference. Thus, the reliability of the battery is typically increased.
Gemäß einer Ausführungsform der Rauschunterdrückungsvorrichtung umfasst die Signalverarbeitungseinheit einen negativen Impedanzkonverter. Vorteilhaft hieran ist, dass typischerweise die effektive Impedanz, die von der Störungsquelle bzw. der Rauschquelle gesehen wird, kompensiert wird und das Rauschen durch einen Breitband„kurzschluss“ überbrückt wird. Da der negative Impedanzkonverter einen elektrisch negativen Widerstand darstellt, sieht die Störungsquelle bzw. Rauschquelle im Allgemeinen sozusagen einen Kurzschluss. Dieser Kurzschluss ist typischerweise für einen breiten Bereich an Frequenzen vorhanden.According to an embodiment of the noise reduction device, the signal processing unit comprises a negative impedance converter. Advantageously, typically the effective impedance seen by the noise source is compensated and the noise is bypassed by a broadband "short circuit". Since the negative impedance converter represents an electrically negative resistance, the noise source generally sees a short circuit, so to speak. This short circuit is typically present for a wide range of frequencies.
Gemäß einer Ausführungsform der Rauschunterdrückungsvorrichtung weist der erste Bandpassfilter eine niedrigere Eingangsimpedanz als der zweite Bandpassfilter auf. Hierdurch wird eine im Allgemeinen negative Beeinflussung der Batterieschaltung durch die Rauschunterdrückungsvorrichtung verhindert.According to an embodiment of the noise reduction device, the first bandpass filter has a lower input impedance than the second bandpass filter. This prevents a generally negative influence on the battery circuit by the noise suppression device.
Gemäß einer Ausführungsform der Batterie weist die Rauschunterdrückungsvorrichtung keine Stromversorgung von außerhalb der Batterie, insbesondere keine Stromversorgung von einem 12-Volt- oder 48-Volt-Bordnetz, auf. Hierdurch wird typischerweise das Eindringen von Rauschen von außerhalb der Batterie sicher vermieden. Zudem ist die Batterie in der Regel technisch besonders einfach ausgebildet. Zudem ist es auch möglich, dass die Rauschunterdrückungsvorrichtung keine interne Stromversorgung mittels eines DC-DC-Spannungswandlers von der (Hochvolt-)Batterie aufweist.According to one embodiment of the battery, the noise suppression device has no power supply from outside the battery, in particular no power supply from a 12 volt or 48 volt electrical system. This typically causes the ingress of noise from outside the battery safely avoided. In addition, the battery is usually technically particularly simple design. In addition, it is also possible that the noise suppression device has no internal power supply by means of a DC-DC voltage converter from the (high-voltage) battery.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen des Verfahrens bzw. der Rauschunterdrückungsvorrichtung beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments of the method and noise suppression device, respectively. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Trägerfrequenzverfahren, insbesondere powerline communication-Verfahren, nutzen typischerweise bereits vorhandene Übertragungswege mehrfach aus. Die Signale von Trägerfrequenzverfahren können dabei üblicherweise über eine oder mehrere Trägerfrequenzen zusätzlich auf die Leitung moduliert werden.Carrier frequency methods, in particular powerline communication methods, typically use existing transmission paths several times. In this case, the signals of carrier frequency methods can usually additionally be modulated onto the line via one or more carrier frequencies.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie mit Rauschunterdrückungsvorrichtung; -
2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rauschunterdrückungsvorrichtung; und -
3 zeigt ein Diagramm der Leistung des Rauschens in Abhängigkeit von der Frequenz.
-
1 shows a schematic view of a first embodiment of the battery according to the invention with noise reduction device; -
2 shows a schematic view of the structure of a first embodiment of the noise reduction device according to the invention; and -
3 shows a graph of the power of noise as a function of frequency.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Batterie
Die Rauschunterdrückungsvorrichtung
Die Rauschunterdrückungsvorrichtung
Das Rauschsignal bzw. Signal wird an den beiden Elektroden bzw. Elektrodenleitungen (Leitungen, die mit dem Pluspol und dem Minuspol der Batterie
Der erste Bandpassfilter
Das von dem ersten Bandpassfilter
Die Spannung bzw. der Strom für die Signalverarbeitungseinheit
Die Signalverarbeitungseinheit
Insbesondere weisen die Signalverarbeitungseinheit
Der zweite Bandpassfilter
Der zweite Frequenzbereich
Der zweite Frequenzbereich
Das von dem zweiten Bandpassfilter
Das von dem Verstärker
Der Widerstand
Die Signalverarbeitungseinheit
Die Signalverarbeitungseinheit
Durch den aktiven Filter bzw. das aktive Rauschunterdrücken in der Batterie kann somit die Beeinträchtigung von Trägerfrequenzverfahren bzw. powerlinecommunikation durch Rauschen vermindert oder sogar verhindert werden. Die Bestandteile der Rauschunterdrückungsvorrichtung
Da die Rauschunterdrückungsvorrichtung
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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