DE102019207592A1 - Electric energy storage system and automobile - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Elektrisches Energiespeichersystem (1), umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten (4) mit Datenübertragungseinrichtungen (5) zum optischen Übertragen von Datensignalen von und/oder zu zumindest einer der elektrischen Komponenten (4), wobei die Datenübertragungseinrichtungen (5) über mindestens einen ringförmigen Lichtwellenleiter (8) miteinander verbunden sind, und mindestens eine als Lichtwellenleiter ausgebildete Einleiteinrichtung (9) zum Einleiten von optischen Datensignalen in den ringförmigen Lichtwellenleiter (8) für jede der Datenübertragungseinrichtungen (5) und mindestens eine als Lichtwellenleiter ausgebildete Ausleiteinrichtung (10) zum Ausleiten von optischen Datensignalen aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter (8) für jede der Datenübertragungseinrichtungen (5), wobei der ringförmige Lichtwellenleiter (8) an jeder der Datenübertragungseinrichtungen (5) mit der mindestens einen Einleiteinrichtung (9) und der mindestens einen Ausleiteinrichtung (10) verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeichersystem (1). The invention relates to an electrical energy storage system (1), comprising a plurality of electrical components (4) with data transmission devices (5) for the optical transmission of data signals from and / or to at least one of the electrical components (4), the data transmission devices (5) via at least one ring-shaped optical waveguide (8) are connected to one another, and at least one inlet device (9) designed as an optical waveguide for introducing optical data signals into the ring-shaped optical waveguide (8) for each of the data transmission devices (5) and at least one outlet device (10) designed as an optical waveguide for routing optical data signals from the ring-shaped optical waveguide (8) for each of the data transmission devices (5), the ring-shaped optical waveguide (8) having the at least one inlet device (9) and the at least one outlet device on each of the data transmission devices (5) direction (10) is connected. The invention also relates to a motor vehicle with at least one electrical energy storage system (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an electrical energy storage system. The invention also relates to a motor vehicle.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie beispielweise elektrisch angetriebene Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen ein elektrisches Energiespeichersystem auf. Ein solches Energiespeichersystem umfasst üblicherweise eine Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriemodulen. Die einzelnen Batteriemodule werden jeweils von einem Batteriemodulcontroller überwacht und gesteuert. Die Batteriemodulcontroller sind mittels Datenübertragungseinrichtungen und einer Übertragungsstrecke mit einer Batteriesteuerung (engl. Battery Management Controller) verbunden.Electrically powered vehicles, such as, for example, electrically powered electric vehicles or hybrid vehicles, have an electrical energy storage system. Such an energy storage system usually comprises a battery with a plurality of battery modules connected in series. The individual battery modules are each monitored and controlled by a battery module controller. The battery module controllers are connected to a battery management controller by means of data transmission devices and a transmission path.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisches Energiespeichersystem zu schaffen, bei dem eine optische Signalübertragung zwischen Datenübertragungseinrichtungen von elektrischen Komponenten, insbesondere im Hinblick auf eine einfachere Montage, verbessert ist.The invention is based on the object of creating an electrical energy storage system in which optical signal transmission between data transmission devices of electrical components is improved, in particular with a view to simpler assembly.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Energiespeichersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by an electrical energy storage system with the features of
Insbesondere wird ein elektrisches Energiespeichersystem geschaffen, umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten mit Datenübertragungseinrichtungen zum optischen Übertragen von Datensignalen von und/oder zu zumindest einer der elektrischen Komponenten, wobei die Datenübertragungseinrichtungen über mindestens einen ringförmigen Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind, und mindestens eine als Lichtwellenleiter ausgebildete Einleiteinrichtung zum Einleiten von optischen Datensignalen in den ringförmigen Lichtwellenleiter für jede der Datenübertragungseinrichtungen und mindestens eine als Lichtwellenleiter ausgebildete Ausleiteinrichtung zum Ausleiten von optischen Datensignalen aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter für jede der Datenübertragungseinrichtungen, wobei der ringförmige Lichtwellenleiter an jeder der Datenübertragungseinrichtungen mit der mindestens einen Einleiteinrichtung und der mindestens einen Ausleiteinrichtung verbunden ist.In particular, an electrical energy storage system is created, comprising a plurality of electrical components with data transmission devices for optical transmission of data signals from and / or to at least one of the electrical components, the data transmission devices being connected to one another via at least one ring-shaped optical waveguide, and at least one inlet device designed as an optical waveguide for introducing optical data signals into the ring-shaped optical waveguide for each of the data transmission devices and at least one outlet device designed as an optical waveguide for discharging optical data signals from the ring-shaped optical waveguide for each of the data transmission devices, wherein the ring-shaped optical waveguide is connected to each of the data transmission devices with the at least one inlet device and the at least a diversion device is connected.
Das elektrische Energiespeichersystem ermöglicht es, eine optische Signalübertragung zwischen elektrischen Komponenten zu verbessern. Hierbei ist vorgesehen, dass das optische Übertragen von Datensignalen über einen ringförmigen Lichtwellenleiter erfolgt. Mit diesem ringförmigen Lichtwellenleiter sind als Lichtwellenleiter ausgebildete Einleiteinrichtungen zum Einleiten von optischen Datensignalen in den ringförmigen Lichtwellenleiter für jede der Datenübertragungseinrichtungen und als Lichtwellenleiter ausgebildete Ausleiteinrichtung zum Ausleiten von optischen Datensignalen aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter für jede der Datenübertragungseinrichtungen verbunden. Es ist an jeder der Datenübertragungseinrichtungen daher möglich, über die mindestens eine Einleiteinrichtung optische Datensignale in den ringförmigen Lichtwellenleiter einzuleiten und über die mindestens eine Ausleiteinrichtung getrennt von der mindestens einen Einleiteinrichtung Licht aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter auszuleiten.The electrical energy storage system makes it possible to improve optical signal transmission between electrical components. It is provided that the optical transmission of data signals takes place via a ring-shaped optical waveguide. With this ring-shaped optical waveguide, inlet devices designed as optical waveguides for introducing optical data signals into the ring-shaped optical waveguide for each of the data transmission devices and outlet devices designed as optical waveguides for discharging optical data signals from the ring-shaped optical waveguide for each of the data transmission devices are connected. It is therefore possible at each of the data transmission devices to introduce optical data signals into the ring-shaped optical waveguide via the at least one inlet device and to extract light from the annular optical waveguide via the at least one outlet device separately from the at least one inlet device.
Auf Grund der Ringform und der getrennt voneinander ausgebildeten Einleit- und Ausleiteinrichtungen kann eine optische Übertragungsstrecke einfacher aufgebaut sein. Es müssen beim Herstellen bzw. bei einer Montage des elektrischen Energiespeichersystems nicht mehr einzelne Lichtwellenleiter zwischen Datenübertragungseinrichtungen verlegt, insbesondere über Kopplungsschnittstellen angeordnet, werden. Der ringförmige Lichtwellenleiter kann bereits beim Verbinden mit Lichtsendern und Lichtempfängern der Datenübertragungseinrichtungen mit sämtlichen Einleit- und Ausleiteinrichtungen verbunden sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der ringförmige Lichtwellenleiter zusammen mit den bereits verbundenen Einleit- und Ausleiteinrichtungen an einer jeweils hierfür vorgesehenen Position mechanisch auf die Datenübertragungseinrichtungen gesteckt und arretiert wird, ohne dass für jeden Lichtsender und jeden Lichtempfänger ein eigener Steckvorgang erfolgen muss. Dies beschleunigt eine Montage des elektrischen Energiespeichersystems in einem Fahrzeug.Due to the ring shape and the separately designed inlet and outlet devices, an optical transmission path can be constructed more simply. During the manufacture or assembly of the electrical energy storage system, individual optical waveguides no longer have to be laid between data transmission devices, in particular arranged via coupling interfaces. The ring-shaped optical waveguide can already be connected to all inlet and outlet devices when it is connected to light transmitters and light receivers of the data transmission devices. It can be provided, for example, that the ring-shaped optical waveguide, together with the already connected inlet and outlet devices, is mechanically plugged into the data transmission devices and locked in a position provided for this purpose, without a separate plugging process having to be carried out for each light transmitter and each light receiver. This speeds up assembly of the electrical energy storage system in a vehicle.
Ein weiterer Vorteil ist, dass eine galvanische Trennung zwischen den einzelnen Datenübertragungseinrichtungen bereitgestellt wird.Another advantage is that galvanic isolation is provided between the individual data transmission devices.
Ein elektrisches Energiespeichersystem ist insbesondere eine Batterie, welche mehrere Batteriemodule umfasst. Jedes der Batteriemodule umfasst Batteriezellen, in welchen die elektrische Energie insbesondere in elektrochemischer Form gespeichert ist. Die Batteriemodule umfassen ferner jeweils einen aus elektrischen Komponenten bestehenden Batteriemodulcontroller mit einer Datenübertragungseinrichtung, welcher die Batteriezellen überwacht und steuert. Ferner umfasst die Batterie insbesondere eine aus elektrischen Komponenten bestehende Batteriesteuerung, die ebenfalls eine Datenübertragungseinrichtung aufweist. Die einzelnen Datenübertragungseinrichtungen sind über den ringförmigen Lichtwellenleiter und die Einleit- und Ausleiteinrichtungen miteinander verbunden. Die Batteriesteuerung steuert die einzelnen Batteriemodule insbesondere durch Übertragung von optischen Signalen über den ringförmige Lichtwellenleiter an die einzelnen Batteriemodule bzw. an die jeweiligen Batteriemodulcontroller. Die Batteriemodule können insbesondere Zustandsdaten und erfasste Sensormesserwerte etc. an die Batteriesteuerung übertragen.An electrical energy storage system is, in particular, a battery which comprises a plurality of battery modules. Each of the battery modules includes battery cells in which the electrical energy is stored, in particular in electrochemical form. The battery modules also each include a battery module controller consisting of electrical components with a Data transmission device that monitors and controls the battery cells. Furthermore, the battery includes, in particular, a battery controller which consists of electrical components and which also has a data transmission device. The individual data transmission devices are connected to one another via the ring-shaped optical waveguide and the inlet and outlet devices. The battery controller controls the individual battery modules in particular by transmitting optical signals via the ring-shaped optical waveguide to the individual battery modules or to the respective battery module controller. The battery modules can, in particular, transmit status data and recorded sensor measurement values, etc. to the battery control.
Der ringförmige Lichtwellenleiter ist insbesondere ein ringförmiges Medium, das zur Ausbreitung und Übertragung von elektromagnetischen Wellen im optischen Bereich geeignet ist. Insbesondere erfolgt eine Lichtleitung im optischen Bereich überwiegend in Form einer durch einen Unterschied im Brechungsindex des ringförmigen Lichtwellenleiters und eines weiteren Mediums, beispielsweise einer Umgebungsluft, bedingten Totalreflexion. Der ringförmige Lichtwellenleiter kann insbesondere eine Glasfaser, eine Kunststofffaser oder ein sonstiges Lichtleitelement umfassen. Der ringförmige Lichtwellenleiter kann insbesondere einen runden oder einen ovalen Querschnitt aufweisen. Der Begriff „ringförmig“ ist hierbei nicht im geometrischen Sinne zu verstehen, sondern bezeichnet die Tatsache, dass der ringförmige Lichtwellenleiter in sich geschlossen ist, das heißt in Bezug auf eine vorgesehene Lichtausbreitungsrichtung keine Enden aufweist. Eine konkrete Anordnung des ringförmigen Lichtwellenleiters im elektrischen Energiespeichersystem kann jedoch von einer geometrischen Ringform abweichen.The ring-shaped optical waveguide is, in particular, a ring-shaped medium that is suitable for the propagation and transmission of electromagnetic waves in the optical field. In particular, light guidance in the optical area takes place predominantly in the form of total reflection caused by a difference in the refractive index of the ring-shaped optical waveguide and a further medium, for example ambient air. The ring-shaped optical waveguide can in particular comprise a glass fiber, a plastic fiber or some other light guide element. The ring-shaped optical waveguide can in particular have a round or oval cross section. The term “ring-shaped” is not to be understood in the geometric sense here, but rather denotes the fact that the ring-shaped optical waveguide is self-contained, that is to say has no ends in relation to an intended direction of light propagation. However, a specific arrangement of the ring-shaped optical waveguide in the electrical energy storage system can deviate from a geometric ring shape.
Eine Einleiteinrichtung und eine Ausleiteinrichtung sind insbesondere als Lichtwellenleiter ausgebildet. Auch hier erfolgt eine Lichtleitung überwiegend nach dem Prinzip einer Totalreflexion aufgrund eines Unterschieds in den Brechungsindices der Einleit- und Ausleiteinrichtungen und eines weiteren Mediums, beispielsweise einer Umgebungsluft. Diese Lichtwellenleiter sind mit dem ringförmigen Lichtwellenleiter verbunden. Insbesondere können die Einleiteinrichtung und die Ausleiteinrichtung eine Glasfaser, eine Kunststofffaser oder ein sonstiges Lichtleitelement umfassen.An inlet device and an outlet device are designed in particular as optical waveguides. Here, too, light is guided predominantly according to the principle of total reflection due to a difference in the refractive indices of the inlet and outlet devices and a further medium, for example ambient air. These optical waveguides are connected to the ring-shaped optical waveguide. In particular, the inlet device and the outlet device can comprise a glass fiber, a plastic fiber or some other light guide element.
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen einer Einleiteinrichtung und einem Lichtsender bzw. einer Ausleiteinrichtung und einem Lichtempfänger weitere optische Elemente angeordnet sind. Ein solches optisches Element kann beispielsweise eine Sammellinse sein.It can be provided that further optical elements are arranged between an inlet device and a light transmitter or an outlet device and a light receiver. Such an optical element can be a converging lens, for example.
Die Datenübertragungseinrichtungen, der ringförmige Lichtwellenleiter und die Einleit- und Ausleiteinrichtungen können insbesondere als Teil eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystems in Bus-Topologie ausgebildet sein, in dem ein Lichtsender seine Information über die Einleiteinrichtung einbringt und mehrere beziehungsweise alle Lichtempfänger diese an den jeweiligen Ausleiteinrichtungen direkt empfangen können. Somit müssen Informationen nicht über mehrere Lichtsender/Lichtempfänger hinweg von einem Absender zu einem Adressaten versendet werden. Dies minimiert Latenzzeiten und einen notwendigen Datentraffic in dem Kommunikationssystem. Der Datentraffic reduziert sich gegenüber Topologien in Ringstruktur („Daisy Chain“) um den Faktor ((m+1)/2) mit M = Anzahl der Endgeräte (z.B. für 1 Batteriesteuerung/Batteriemanagementcontroller + 8 Batteriemodule = 9 Endgeräte reduziert sich der Datentraffic um den Faktor 5). Die Busstruktur ermöglicht ferner eine Synchronisation zwischen den „Endgeräten“ bzw. insbesondere zwischen den Batteriemodulen. Dies kann z.B. notwendig sein für eine modulübergreifende Batterieheizung, bei der die einzelnen Batteriemodule einen jeweiligen Heizstrom zeitsynchron und phasenverschoben zu den anderen Batteriemodulen einschalten müssen.The data transmission devices, the ring-shaped optical waveguide and the inlet and outlet devices can in particular be designed as part of a point-to-multipoint communication system in bus topology, in which a light transmitter brings in its information via the inlet device and several or all light receivers send it to the respective Can receive diversion devices directly. This means that information does not have to be sent from one sender to an addressee via several light transmitters / light receivers. This minimizes latency times and the necessary data traffic in the communication system. Compared to topologies in a ring structure ("daisy chain"), the data traffic is reduced by the factor ((m + 1) / 2) with M = number of end devices (e.g. for 1 battery control / battery management controller + 8 battery modules = 9 end devices, the data traffic is reduced by the factor 5). The bus structure also enables synchronization between the “end devices” or, in particular, between the battery modules. This can e.g. be necessary for a cross-module battery heating, in which the individual battery modules must switch on a respective heating current synchronously and out of phase with the other battery modules.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Datensignale jeweils nur in eine Umlaufrichtung des ringförmigen Lichtwellenleiters eingeleitet und ausgeleitet werden. Hierdurch lässt sich ein hoher Wirkungsgrad der optischen Übertragung erzielen. Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass die Einleiteinrichtungen derart orientiert sind, dass Licht zumindest überwiegend in die eine Umlaufrichtung eingeleitet wird. Entsprechend ist insbesondere vorgesehen, dass die Ausleiteinrichtungen derart orientiert sind, das Licht zumindest überwiegend aus der einen Umlaufrichtung ausgeleitet wird. Es ist hierdurch möglich, optische Datensignale mit einem hohen Wirkungsgrad von einer Datenübertragungseinrichtung zu allen anderen Datenübertragungseinrichtungen des elektrischen Energiespeichersystems zu übertragen.In one embodiment it is provided that data signals are introduced and diverted only in one direction of rotation of the ring-shaped optical waveguide. This makes it possible to achieve a high degree of efficiency in optical transmission. In particular, it is provided for this purpose that the introduction devices are oriented in such a way that light is introduced at least predominantly in one direction of rotation. Accordingly, it is provided in particular that the diverting devices are oriented in such a way that the light is diverted at least predominantly from one direction of rotation. This makes it possible to transmit optical data signals with a high degree of efficiency from one data transmission device to all other data transmission devices of the electrical energy storage system.
Es kann vorgesehen sein, dass für jede Einleiteinrichtung und jede Ausleiteinrichtung jeweils ein Lichtsender und jeweils ein Lichtempfänger vorgesehen sind. Ist eine Aus- oder Einleiteinrichtung fehlerhaft, so kann ein Übertragen von optischen Datensignalen von der verbliebenen Ein- oder Ausleiteinrichtung übernommen werden. Hierdurch kann eine Einfehlersicherheit erreicht werden. Insbesondere kann ein optisches Datensignal dann in umgekehrter Umlaufrichtung an eine andere Datenübertragungseinrichtung verschickt werden, welche dieses empfängt und anschließend in die Umlaufrichtung einleitet.It can be provided that a light transmitter and a light receiver are provided for each inlet device and each outlet device. If an outlet or inlet device is defective, the transmission of optical data signals can be taken over by the remaining inlet or outlet device. This enables single-fault security to be achieved. In particular, an optical data signal can then be sent in the opposite direction of circulation to another data transmission device, which receives it and then initiates it in the direction of circulation.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Einleiteinrichtung und/oder die mindestens eine Ausleiteinrichtung zumindest an einer Verbindungsstelle mit dem ringförmigen Lichtwellenleiter einen ovalen Querschnitt aufweisen. Hierdurch kann eine Verbindung zwischen dem ringförmigen Lichtwellenleiter und den Einleit- und Ausleiteinrichtungen mechanisch stabiler ausgebildet werden, da eine Kontaktfläche vergrößert ist. Eine Hauptachse einer durch den ovalen Querschnitt ausgebildeten Ellipse verläuft hierbei insbesondere parallel zu einer Umlaufrichtung im ringförmigen Lichtwellenleiter. Um Bauraum einzusparen, können die Einleit- und die Ausleiteinrichtungen dann in Richtung einer Nebenachse dieser Ellipse vom ringförmigen Lichtwellenleiter hinweg gebogen werden, da ein minimaler Biegeradius in dieser Richtung verringert ist gegenüber einer Biegung entlang der Hauptachse.In one embodiment it is provided that the at least one inlet device and / or the at least one diversion device has an oval cross-section at least at one connection point with the annular optical waveguide. As a result, a connection between the ring-shaped optical waveguide and the inlet and outlet devices can be made mechanically more stable, since a contact area is enlarged. A main axis of an ellipse formed by the oval cross section runs in particular parallel to a direction of rotation in the ring-shaped optical waveguide. In order to save installation space, the inlet and outlet devices can then be bent away from the annular optical waveguide in the direction of a minor axis of this ellipse, since a minimum bending radius in this direction is reduced compared to a bend along the main axis.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Flächennormale einer Einleitoberfläche der mindestens einen Einleiteinrichtung und/oder eine Flächennormale einer Ausleitoberfläche der mindestens einen Ausleiteinrichtung jeweils in einem Winkel von kleiner als 90° zu einer Umlaufrichtung innerhalb des ringförmigen Lichtwellenleiters orientiert ist. Da eingekoppelte Datensignale bzw. ausgekoppelte Datensignale nicht mehr um 90° umgelenkt werden müssen, kann das Einkoppeln von optischen Datensignalen in die Einleiteinrichtung bzw. das Auskoppeln von optischen Datensignalen aus der Ausleiteinrichtung heraus in einem geringeren Abstand zu dem ringförmigen Lichtwellenleiter erfolgen. Hierdurch kann ein zum Einleiten und Ausleiten benötigter Bauraum verringert werden. Eine Einleitoberfläche bezeichnet hierbei die Oberfläche, durch die Licht von einem Lichtsender einer Datenübertragungseinrichtung in die Einleiteinrichtung eingekoppelt wird. Eine Ausleitoberfläche bezeichnet hierbei die Fläche, durch die Licht aus der Ausleiteinrichtung einer Datenübertragungseinrichtung ausgekoppelt wird und einem Lichtempfänger zugeführt wird.In one embodiment it is provided that a surface normal of an inlet surface of the at least one inlet device and / or a surface normal of an outlet surface of the at least one outlet device is each oriented at an angle of less than 90 ° to a direction of rotation within the annular optical waveguide. Since injected data signals or decoupled data signals no longer have to be deflected by 90 °, the coupling of optical data signals into the inlet device or the extraction of optical data signals from the outlet device can take place at a shorter distance from the ring-shaped optical waveguide. As a result, the installation space required for introducing and discharging can be reduced. An inlet surface here denotes the surface through which light from a light transmitter of a data transmission device is coupled into the inlet device. A diverting surface here denotes the area through which light is decoupled from the diverting device of a data transmission device and fed to a light receiver.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Winkel größer gleich 45° ist. Hierdurch kann ein Kompromiss gefunden werden zwischen einem verringerten Bauraum für die Einleiteinrichtung und die Ausleiteinrichtung und Anforderungen an einen Aufbau der Datenübertragungseinrichtungen, insbesondere einer Anordnung und Orientierung von Lichtsendern und Lichtempfängern.In a further developing embodiment it is provided that the angle is greater than or equal to 45 °. In this way, a compromise can be found between a reduced installation space for the inlet device and the outlet device and requirements for a structure of the data transmission devices, in particular an arrangement and orientation of light transmitters and light receivers.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Einleiteinrichtung an oder vor einer Einleitoberfläche und/oder die mindestens eine Ausleiteinrichtung an oder vor einer Ausleitoberfläche mindestens eine Fresnel-Linse aufweisen. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Winkel, in dem optische Datensignale eingeleitet bzw. ausgeleitet werden, in Bezug auf die Umlaufrichtung im ringförmigen Lichtwellenleiter reduziert werden kann, sodass ein zum Einleiten und Ausleiten benötigter Bauraum reduziert werden kann.In a further embodiment it is provided that the at least one inlet device on or in front of an inlet surface and / or the at least one outlet device on or in front of a outlet surface have at least one Fresnel lens. In this way it can be achieved that an angle at which optical data signals are introduced or discharged can be reduced with respect to the direction of rotation in the annular optical waveguide, so that the installation space required for introduction and discharge can be reduced.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ringförmige Lichtwellenleiter einstückig mit den Einleiteinrichtungen und den Ausleiteinrichtungen ausgebildet ist. Hierdurch kann ein Aufwand beim Herstellen des elektrischen Energiespeichersystems verringert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der ringförmige Lichtwellenleiter und die Einleit- und Ausleiteinrichtungen gemeinsam in einem Stück im Wege des Formgießens gegossen werden.In one embodiment it is provided that the ring-shaped optical waveguide is formed in one piece with the inlet devices and the outlet devices. This makes it possible to reduce the cost of producing the electrical energy storage system. In particular, it can be provided that the ring-shaped optical waveguide and the inlet and outlet devices are cast together in one piece by means of molding.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ringförmige Lichtwellenleiter, die Einleiteinrichtungen und/oder die Ausleiteinrichtungen ein Polymer umfassen. Das Polymer kann beispielsweise auf Polymethylmethacrylat (PMMA bzw. Acrylglas) basieren. Hierdurch ist eine besonders einfache Herstellung möglich, beispielsweise mittels eines Formgießverfahrens.In one embodiment it is provided that the ring-shaped optical waveguide, the inlet devices and / or the outlet devices comprise a polymer. The polymer can be based, for example, on polymethyl methacrylate (PMMA or acrylic glass). This enables particularly simple production, for example by means of a molding process.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Einleitoberflächen der Einleiteinrichtungen und Ausleitoberflächen der Ausleiteinrichtungen jeweils derart an einem Lichtsender und einem Lichtempfänger der jeweiligen Datenübertragungseinrichtung angeordnet sind, dass der Lichtsender Datensignale auch über die Ausleitoberfläche in den ringförmigen Lichtwellenleiter senden kann und der Lichtempfänger Datensignale auch über die Einleitoberfläche aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter empfangen kann. Hierdurch kann trotz einer einfachen, das heißt keiner doppelten bzw. redundanten, Ausführung mit nur einem Lichtsender und einer Einleiteinrichtung bzw. einem Lichtempfänger und einer Ausleiteinrichtung pro Datenübertragungseinrichtung eine Einfehlersicherheit erreicht werden. Tritt beispielsweise ein Defekt an der Einleiteinrichtung auf, so kann der Lichtsender optische Datensignale auch über die Ausleiteinrichtung in den ringförmigen Lichtwellenleiter einkoppeln. Tritt ein Defekt an der Ausleiteinrichtung auf, so kann der Lichtempfänger optische Datensignale auch über die Einleiteinrichtung aus dem ringförmigen Lichtwellenleiter empfangen. Auch wenn ein Wirkungsgrad hierbei stark reduziert ist, kann dennoch weiterhin eine Übertragung von optischen Datensignalen erfolgen.
Ferner kann eine Einfehlersicherheit wie folgt realisiert werden:
- Fällt beispielsweise ein Lichtempfänger einer Datenübertragungseinrichtung in einem Batteriemodul aus, so kann vorgesehen sein, dass eine Kommunikation über eine Spannungsregelung einer Batteriesteuerung erfolgt. Hierzu kann die Batteriesteuerung beispielswiese kurzzeitig eine Phase einer Motorwicklung kurzschließen. Ein hierdurch hervorgerufener Spannungseinbruch kann von einem Spannungssensor im Batteriemodul erfasst und ausgewertet werden. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass Batteriemodule zyklisch ein „Alive“-Signal an die Batteriesteuerung senden müssen. Die Batteriesteuerung quittiert dann einen Empfang des „Alive“-Signals. Empfängt eine Datenübertragungseinrichtung aufgrund eines defekten Lichtempfängers keine solche Quittierung von der Batteriesteuerung, so wird von dem betroffenen Batteriemodul eine Information an die Batteriesteuerung versendet, dass eine unquittierte Information versendet wurde. Die Batteriesteuerung schließt nach Empfang dieser Information eine Phase einer Motorwicklung zweimal innerhalb einer bestimmten Zeit kurz. Der doppelte kurzzeitige Spannungseinbruch kann von einem Spannungssensor im Batteriemodul erfasst werden und wird als Quittierungszeichen gewertet. In diesem Notbetrieb kann daher weiterhin eine Kommunikation trotz des defekten Lichtempfängers erfolgen, sodass eine Einfehlersicherheit bereitgestellt werden kann.
Furthermore, single-fault security can be implemented as follows:
- If, for example, a light receiver of a data transmission device in a battery module fails, it can be provided that communication takes place via voltage regulation of a battery controller. For this purpose, the battery control can, for example, briefly short-circuit a phase of a motor winding. A voltage drop caused by this can be detected by a voltage sensor in the Battery module can be recorded and evaluated. For example, it can be provided that battery modules have to send an “Alive” signal to the battery controller at regular intervals. The battery control then acknowledges receipt of the "Alive" signal. If a data transmission device does not receive such an acknowledgment from the battery control due to a defective light receiver, the battery module concerned sends information to the battery control that unacknowledged information has been sent. After receiving this information, the battery control short-circuits a phase of a motor winding twice within a certain time. The double short-term voltage drop can be detected by a voltage sensor in the battery module and is interpreted as an acknowledgment symbol. In this emergency operation, communication can therefore continue to take place despite the defective light receiver, so that single-fault security can be provided.
Fällt hingegen der Lichtsender einer Datenübertragungseinrichtung in einem Batteriemodul aus, so kann ein Batteriemodul immer noch über ein kurzzeitiges Einschalten einer Batterieheizung des Batteriemoduls Datensignale erzeugen und an eine Batteriesteuerung übermitteln. Versendet beispielsweise die Batteriesteuerung eine Information an ein Batteriemodul mit einem defekten Lichtsender, so kann die gesendete Information nach dem Empfangen von dem Batteriemodul nicht quittiert werden. Da die Batteriesteuerung nach einer bestimmten Zeit keine Quittierung empfangen hat, sendet die Batteriesteuerung eine Information an das Batteriemodul, dass eine Information nicht quittiert wurde. Diese Information wird von dem Batteriemodul mit dem defekten Lichtsender empfangen. Anschließend kann das Batteriemodul beispielsweise die Batterieheizung innerhalb einer bestimmten Zeit zweimal kurzschließen. Ein hierdurch hervorgerufener Spannungseinbruch kann von der Batteriesteuerung über eine Spannungsmessung erfasst werden. Über den gemessenen zweimaligen Spannungseinbruch erkennt die Batteriesteuerung, dass eine Kommunikation zum Batteriemodul eingeschränkt ist, aber dass die (erste) Information empfangen wurde.If, on the other hand, the light transmitter of a data transmission device in a battery module fails, a battery module can still generate data signals by briefly switching on a battery heater of the battery module and transmit them to a battery controller. For example, if the battery control sends information to a battery module with a defective light transmitter, the information sent cannot be acknowledged by the battery module after it has been received. Since the battery control has not received an acknowledgment after a certain time, the battery control sends information to the battery module that information has not been acknowledged. This information is received by the battery module with the defective light transmitter. The battery module can then, for example, short-circuit the battery heater twice within a certain time. A voltage drop caused by this can be detected by the battery control via a voltage measurement. The battery control recognizes via the measured two voltage drops that communication with the battery module is restricted, but that the (first) information has been received.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenübertragungseinrichtungen jeweils nur einen einzigen Lichtsender und einen einzigen Lichtempfänger aufweisen. Hierdurch lassen sich Bauteile und somit Kosten einsparen. Durch die voranstehend beschriebenen Maßnahmen lässt sich dennoch eine Einfehlersicherheit realisieren.In one embodiment it is provided that the data transmission devices each have only a single light transmitter and a single light receiver. This saves components and thus costs. Nonetheless, single-fault security can be implemented by the measures described above.
Insbesondere wird ferner ein Kraftfahrzeug geschaffen, umfassend mindestens ein elektrisches Energiespeichersystem nach einer beliebigen der beschriebenen Ausführungsform.In particular, a motor vehicle is also created, comprising at least one electrical energy storage system according to any of the described embodiments.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des elektrischen Energ iespeichersystem s; -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems zur Verdeutlichung einer Anordnung des ringförmigen Lichtwellenleiters in einer perspektivischen Ansicht; -
3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des elektrischen Energiespeichersystems zur Verdeutlichung einer Anordnung des ringförmigen Lichtwellenleiters in einer perspektivischen Ansicht; -
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des ringförmigen Lichtwellenleiters, der Einleiteinrichtungen und der Ausleiteinrichtungen in einer perspektivischen Ansicht; -
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des ringförmigen Lichtwellenleiters, der Einleiteinrichtungen und der Ausleiteinrichtungen in einer Draufsicht; -
6a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einleiteinrichtung bzw. einer Ausleiteinrichtung; -
6b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Teils einer Einleiteinrichtung bzw. einer Ausleiteinrichtung; -
7 eine schematische Darstellung einer Einleiteinrichtung und einer Ausleiteinrichtung mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the electrical energy storage system; -
2 a schematic representation of an embodiment of the electrical energy storage system to illustrate an arrangement of the annular optical waveguide in a perspective view; -
3 a schematic representation of an alternative embodiment of the electrical energy storage system to illustrate an arrangement of the annular optical waveguide in a perspective view; -
4th a schematic representation of an embodiment of the ring-shaped optical waveguide, the inlet devices and the outlet devices in a perspective view; -
5 a schematic representation of a further embodiment of the annular optical waveguide, the inlet devices and the outlet devices in a plan view; -
6a a schematic representation of an embodiment of an inlet device or a discharge device; -
6b a schematic representation of a further embodiment of a part of an inlet device or a discharge device; -
7th a schematic representation of an inlet device and an outlet device with a light transmitter and a light receiver.
In
Die Batteriesteuerung
Die Datenübertragungseinrichtungen
Die Datenübertragungseinrichtungen
Das Einleiten von optischen Datensignalen erfolgt derart, dass die optischen Datensignale nach dem Einleiten in einer Umlaufrichtung
In
In
In
Es ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass Flächennormalen
Der ringförmige Lichtwellenleiter
In
In
An einer Einleitoberfläche
In
Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass an der Scheibe
In
Eine Einleitoberfläche
Hierdurch kann trotz einer einfachen Ausführung mit nur einem Lichtsender
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrisches Energiespeichersystemelectrical energy storage system
- 22
- BatteriesteuerungBattery control
- 33
- BatteriemodulBattery module
- 44th
- elektrische Komponenteelectrical component
- 55
- DatenübertragungseinrichtungData transmission device
- 66
- LichtsenderLight transmitter
- 77th
- LichtempfängerLight receiver
- 88th
- ringförmiger Lichtwellenleiterring-shaped optical fiber
- 99
- EinleiteinrichtungDischarge device
- 1010
- AusleiteinrichtungDiversion device
- 1111
- UmlaufrichtungDirection of rotation
- 1212
- OberseiteTop
- 1313
- Abschnittsection
- 1414th
- SchleifenabschnittLoop section
- 1515th
- Unterseitebottom
- 1616
- FlächennormaleSurface normals
- 1717th
- EinleitoberflächeDischarge surface
- 1818th
- FlächennormaleSurface normals
- 1919th
- AusleitoberflächeRejection surface
- 2020th
- VerbindungsstelleConnection point
- 2121st
- HauptachseMain axis
- 2222nd
- Fresnel-LinseFresnel lens
- 2323
- einfallendes Lichtincident light
- 2424
- Oberseite (Fresnel-Linse)Top (Fresnel lens)
- 2525th
- Unterseite (Fresnel-Linse)Underside (Fresnel lens)
- 2626th
- Facettefacet
- 2727
- Scheibedisc
- 2828
- AbstrahlcharakteristikRadiation characteristic
- 2929
- Abstanddistance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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