JP2015519021A - バッテリーコネクションを介したデータ伝送方法およびデータ伝送装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、バッテリーコネクション（１０４）を介したデータ伝送方法（２００）に関する。当該データ伝送は、少なくとも１つのノイズパルス（４００）によって妨害されている。前記データ伝送方法（２００）は、少なくとも１つのデータパケット（４０２）を、前記バッテリーコネクション（１０４）を介して、前記ノイズパルス（４００）に対する時間的なずれを伴って送信および／または受信するステップ（２０２）を有している。

Description

本発明は、バッテリーコネクションを介したデータ伝送方法、相応する装置およびエネルギー蓄積器並びに相応するコンピュータプログラム製品に関する。

ＤＥ１０２００９０３６０８６Ａ１号は、バッテリー用の監視電子回路を開示している。

発明の開示
これを背景にして、本発明によって、バッテリーコネクションを介したデータ伝送方法と、この方法を使用する、バッテリーコネクションを介したデータ伝送装置と、相応する装置を備えたエネルギー蓄積器と、相応するコンピュータプログラム製品とが、独立請求項で開示される。有利な構成は、各従属請求項および後続の明細書に記載されている。

電気的な線路上で、エネルギーと情報とを伝送することができる。情報受信を可能にするためには、充分な信号強度が必要である。これは、この情報を、電気的な導体ないしは電気的な線路上で他の振動または信号よりも目立たせる。

本発明は、データブロックが有利には、ノイズ信号または振動間の間隙内で送信および／または受信可能である、という知識に基づいている。

間隙上での送信によって、低い信号レベルを有するデータが送信可能である。ノイズ信号が線路上に生じない時間スリットにおいて、信号−ノイズ−間隔は極めて大きい。従って、大量のデータが技術的に極めて簡単に、誤りが少なく、線路を介して伝送可能である。大きいノイズ振幅にもかかわらず、通信が可能である。信号レベルが低いことによって、必要とされるエネルギーが僅かになる。バッテリーセル内の電子回路のためのコストが低くなる（ＡＳＩＣコスト）。なぜなら、トランシーバー内での高い駆動部出力が不必要になるからである。

本発明は、バッテリーコネクションを介したデータ伝送方法を実現する。ここでこのデータ伝送は、少なくとも１つのノイズパルスによって妨害されている。ここでこの方法は以下のステップを有している。

すなわち、少なくとも１つのデータパケットを送信および／または受信するステップを有している。ここでこのデータパケットは、ノイズパルスに対して時間的なずれを伴って、送信および／または受信される。

さらに、本発明は、バッテリーコネクションを介したデータ伝送のための装置を実現する。これは、本発明の方法のステップを少なくとも１つの相応するデバイス内で実施するないしは実行するように構成されている。装置の形態の本発明のこのような実施形態によっても、本発明の課題を迅速かつ効果的に解決することができる。

本発明はさらに、本願で開示されたアプローチに即した装置を有するエネルギー蓄積器を実現する。

データ伝送とは、２つの機器、例えば送信器と受信器との通信のことである。送信器は、信号を送信することができ、受信器は信号を受信することができる。信号は、双方向において伝送可能である。ここでこの信号は、送信器と受信器との間の距離を進む。バッテリーコネクションは、電気的な導体であり得る。これは、バッテリーの極に接続されている。バッテリーコネクションは、整流をガイドする線路であり得る。ノイズパルスは例えば、バッテリーコネクション上でのある時間窓内での電流の流れの強いレベル変化であり得る。ノイズパルスは、相互の連続する複数のレベル変化または振動を含み得る。この振動は緩和される、および、次第に消えることがある。データパケットは、予め定められた長さを有し得る。データパケットは、複数のブロックを含み得る。複数のデータパケットは順次連続して送信および／受信可能である。時間的なずれは、ノイズパルス後、データパケットが送信および／または受信されるまでの遅延であり得る。エネルギー蓄積器は、バッテリーまたはバッテリーセルであり得る。

装置とは、本発明では、センサ信号を処理し、これに依存して制御信号および／またはデータ信号を出力する電気的な機器のことである。この装置は、インタフェースを有し得る。これはハードウェアとしておよび／またはソフトウェアとして形成され得る。ハードウェアとして形成される場合には、インタフェースは例えば、いわゆるシステムＡＳＩＣの一部であり得る。これは装置の種々の機能を含んでいる。しかし、インタフェースが独自の集積回路であっても、少なくとも部分的に、離散した部材から構成されていてもよい。ソフトウェアとして構成される場合には、インタフェースはソフトウェアモジュールであり得る。これは例えば、マイクロコントローラ上に、別のソフトウェアモジュールに隣接している。

時間的なずれを、ノイズパルスの信号レベルの所定の境界値を用いて決定することができる。ノイズパルスのパルスピーク後に、ノイズパルスが弱まって境界値を下回るまで、送信および／または受信が待たれる。これによって、低い送信出力によって送信を行うことができ、低い信号レベルを有するデータパケットを受信することができる。

時間的なずれを、ノイズパルスの最大レベルに依存して決定することができる。この時間的なずれは、最大レベルが大きい場合には、より大きくなり得る。最大レベルが小さい場合には、時間的なずれはより小さくなり得る。

これによって、送信および／または受信に対する時間的なずれを、直接的に、ノイズパルスの変動する振幅に合わせることができる。時間的なずれの長さを、例えば、実験によって事前に、多数の最大レベルに対して決定することができる。使用されるべき時間的なずれを、例えばテーブル（ルックアップテーブル）から読み出すことができる。時間的なずれを、処理規則によって定めることもできる。時間的なずれを、最大レベルの通過の直後に迅速に決定することができる。

時間的なずれに関する情報は、データパケットから抽出可能である。時間的なずれは、中央の制御ユニットによって制御可能である。さらに、時間的なずれを、この方法の複数の使用者に同時に伝達することができる。択一的に、時間的なずれを、バッテリー線路上のトリガパルスによってトリガすることができる。

この方法は、あるノイズパルスと別のノイズパルスとの間の持続時間を求めるステップを有し得る。ここで、データパケットの送信および／または受信のステップにおいては、この持続時間を上回らない時間的なずれが使用される。上述した別のノイズパルスとは、先行するノイズパルスまたは後続するノイズパルスであり得る。持続時間を求めることによって、例えば、データパケットを、２つのノイズパルスの中心において、送信および／または受信することが可能になる。

この方法は、ノイズパルス発生時点を制御するステップを有し得る。制御とは、トリガないしは駆動制御のことであり得る。例えば、ノイズパルスは、トリガ信号によってトリガされる。これによって、例えば、所定の時点が、通信に対して自由に保たれる。

この時点は、基準周波数と同期可能である。この基準周波数は、システムクロックであり得る。ノイズクロックのこの同期化によって、バッテリーコネクション上の通信が最適化される。同様に、送信および／または受信を、基準周波数と同期化することができる。例えば、ノイズパルスと送信および／または受信とを交互にトリガすることができる。

半導体メモリ、ハードディスクメモリまたは光学的なメモリ等の機械読み出し可能な担体に格納可能であり、かつ、プログラム製品がコンピュータまたは装置上で実行されるときに、上述の実施形態の１つに従ってこの方法を実行するために使用される、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品も有利である。

本発明を以下で、添付の図面に基づいて、例として、より詳細に説明する。

本発明の実施例に則した、バッテリーコネクションを介したデータ伝送のための装置を有するバッテリーの図 ノイズ信号によって妨害されている、本発明の１つの実施例に相応した、バッテリーコネクションを介したデータ伝送のための方法のフローチャート 本発明の実施例に即した、バッテリーを有する駆動システムの図 本発明の実施例に則した、バッテリーコネクションを介したデータ伝送方法を用いて伝送される、中間にシフトされたデータパケットを有するノイズパルスの図

本発明の有利な実施形態の後続の説明では、種々の図面において示され、類似の作用を有する部材には同じまたは類似の参照番号が用いられている。ここでは、これらの部材の説明は繰り返されない。

図１は、本発明の１つの実施例に即した、バッテリーコネクション１０４を介したデータ伝送のための装置１０２を有するバッテリー１００の図を示している。装置１０２は、この実施例では、バッテリー１００のバッテリーセル１０６内に配置されている。図１には、例として、バッテリー１００内の、４つの、直列接続された、同一に構成されたバッテリーセル１０６が示されている。バッテリー１００がより多くのバッテリーセル１０６を有していても、または、より少ないバッテリーセル１０６を有していてもよい。バッテリーセル１０６内には、電気化学的な記憶部材１０８が配置されている。この記憶部材１０８は、＋極と−極とを有している。これらは、バッテリーセル１０６のスリーブを通って案内されている。バッテリーセル１０６外で、これらの極が直流電流線路１０４と接続されている。＋極と−極との間には、装置１０２が接続されている。この装置１０２は、データをバッテリーセル１０６から線路１０４を介して伝送するように構成されている。バッテリーセル１０６内のセンサとデータ処理装置は、図示されていない。バッテリー１００は、この実施例において、制御機器１１０を有している。これは、デバイス１１２を有している。このデバイス１１２は、装置１０２と、本発明で開示されたアプローチに従った方法を介して、直流電流線路１０４を介して通信するように構成されている。例えば、制御機器１１０は、個々のバッテリーセル１０６のセル状態を問い合わせることができる。制御機器１１０とデバイス１１２は、このために、直流電流線路１０４と接続されている。この実施例では、制御機器１１０は、バッテリー１００の＋極と−極との間に接続されている。制御機器１１０は、バッテリーコネクション１０４を介して、バッテリー１００外の別の機器と通信可能である。このために、機器は、同様に、ここに記載されたアプローチに即した装置を有することができる。

換言すれば、図１は、内部に複数の電子コンポーネント１０２が構成されているバッテリー１００を示している。これらの電子コンポーネントはデータを、ノイズ源に同期して、バッテリーセル１０６の極端子ないしは電流接続線路１０４を介して交換するように構成されている（電力線通信）。バッテリー１００は、リチウム・イオンアキュムレータとして、例えば電気車両（ＥＶ）またはハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）用のトラクションバッテリー１００として構成可能である。

少なくとも充電および／または放電の間、監視されるバッテリー１００、殊にＥＶ／ＨＥＶのトラクションバッテリーとしてのバッテリー１００は、複数の電子コンポーネント１０２を有している。これらの電子コンポーネントは、データを、ノイズ源（負荷、殊に充放電時のインバーターまたはモータ）と同期して、バッテリーセル１０６の極端子ないしは電流接続線路１０４を介して交換するように構成されている。装置１０２内では、バッテリー１００内でのこのようなノイズ同期データ伝送を可能にする方法が実行される。

この同期化を、マスタートランシーバー１１０によって行うことができる。しかしこのマスタートランシーバー１１０は、有利には、強制的に、制御機器内に配置されない。複数のノード下の通信を同期させるマスターの同期パルス自体は、ノイズパルス間の休止に同期される。殊に、通信の閉ループ制御のために、複数のノードの通信が時間的に調整されて行われるＴＤＭＡ方法が使用される場合に、これは有利である。

各ノードは、当然ながら、自身の送信窓をノイズ休止に同期させることができる。殊に、複数のノードの通信が同時に、ないしは、中央制御無く行われる、ＣＤＭＡ等の方法を通信の閉ループ制御のために用いる場合に、これは有利である。

同期化は、システムレベル上で、通信および／またはインバーター駆動制御のためのクロックを共通の基準周波数から導出するによって行われる。

ノイズ源への同期化を、自己学習式の装置によって行うことができる。これは有利には、前に接続されているフィルターを有するＰＬＬとして構成される。これによって、トランシーバーの発振器がＰＬＬによって、ノイズパルス（ひいては休止へ）へ同期して保たれる。これは中央でマスター１１０内で、または、別個に各トランシーバー内で行われる。

通信マスター１１０は、ノードに、バッテリー内の局部的なノイズレベル変動に依存して、特別な通信スロットを割り当てることができる。自身の状態に基づいて、小さいノイズレベルに晒されているノードは基本的に、不利なスロットをノイズパルスに時間的に近似して有し得る。これに対して、自身の状態に基づいて高いノイズレベルに晒されているノードは、有利なスロットをノイズの無い窓において得ることができる。これは殊に、ノイズの無い時間の終端付近のスロットであり得る。これはノイズが最大に弱まっている場合である。

図２は、本発明の１つの実施例に相応する、直流電流を案内する線路を介して、または、バッテリーコネクションを介してデータを伝送するための方法２００のフローチャートを示している。これは、ノイズ信号によって妨害されている。この方法は、線路を介した少なくとも１つのデータパケットの送信、および択一的または付加的に受信のステップ２０２を有している。このステップ２０２では、データパケットは、ノイズ信号のノイズパルスに対する時間的なずれを伴って送信され、かつ、択一的または付加的に受信される。ノイズ信号のノイズパルスは、規則的な時間間隔を有している。これらの間隔内では、線路上での信号レベルは低い。これらの間隔内では、少なくとも１つのデータパケットが受信および／または送信される。ノイズパルスは、直流電流を交流電流に変換するまたは交流電流を直流電流に変換するパワー部品内でのスイッチング過程から結果として生じ得る。

換言すれば、図２は、バッテリー内のパワーラインを介したノイズ同期通信のための方法２００を示している。この方法２００は、バッテリー内のノイズ同期データ伝送を可能にする。バッテリーでは、分散した電子コンポーネント間の（測定）データ伝送が、専用データ線路、例えばＣＡＮバスを介して行われる。バッテリーは、データを、パワーラインコミュニケーション（ＰＬＣ）を介して交換することもできる。バッテリーは、データ伝送を伴う組み込まれたバッテリーセンサを有することができる。通信は、例えばインバーター駆動制御等のシステムクロックと同期可能である。

図３は、本発明の実施例に記載されたバッテリー１００を有する駆動システム３００の概略図を示している。バッテリー１００は、直流電流線路１０４を介してインバーター３０２と接続されている。インバーター３０２は、三芯線路３０４を介して、三相電動機Ｍと接続されている。バッテリー１００の直流電圧は、インバーター３０２内で、三相交流電圧に変換される。この三相交流電圧は、三芯線路３０４を介して、三相電動機Ｍに導かれる。ここでこの三相交流電圧は、モータＭの回転子を駆動する。インバーター３０２が、三相交流電圧を供給することができるように、直流電圧は多数のスイッチング過程において、３つの、位相がずらされた交流電圧に変換される。ここでこれらのスイッチング過程は、直流電流線路１０４内で電流パルスを生じさせる。これらの電流パルスは、高い振幅を有している。バッテリー１００は、本願で開示された、直流電流線路１０４を介したデータ伝送アプローチに従って少なくとも１つの装置を有している。これによって、固有のデータ線路を省くことができる。本発明の実施例に則した方法によって、ここに示されていない制御機器は、直流電流線路１０４を介して、例えばバッテリー１００の状況情報を問い合わせることができ、これによって、バッテリー１００の充電過程ならびにモータＭの動作時の放電過程を監視することができる。このために、この装置は、ちょうどスイッチング過程が生じない電流パルス間の休止を利用する。この休止を利用するために、パルスの振幅が閾値よりも小さい場合には、データ伝送を例えば、パルスに続いて行うことができる。付加的に、パルスとデータ伝送との間に保留時間を加えることができる。これによって例えば、パルスの、後からのピークを回避することができる。インバーター３０２内でのスイッチング過程をデータ伝送と並行して行うこともできる。例えば、スイッチング過程の繰り返し周波数を上昇させる場合に、データ伝送のブロック長さを短くすることができる。逆に、スイッチング過程間のインターバルは最短の長さを有することができ、これによって、最短のブロック長さをこの休止において伝送することができる。スイッチング過程をグループ化することもできる。これによって、１つのフェーズはほぼ休止を有することがなく、これに続くフェーズはより長い休止を有することになる。

電気車両およびハイブリッド車両内のトラクションバッテリー１００はインバーター３０２および（複数の）モータＭにエネルギーを供給する。これら両方は、強いノイズを形成する。しかし殊に、インバーター３０２は、クロック制御された機能が原因で、強いノイズを形成する。元来の動作周波数はキロヘルツ領域にあるが、高いメガヘルツ領域まで高調波が生じる。このようなノイズは、ＰＬＣを用いた通信を妨害し、困難にする恐れがある。バッテリー充電装置によっても、クロック制御されたノイズ信号が同じ作用を伴って、バッテリー１００内にもたらされる。例えば、高い送信出力によって、ノイズが放射され得る。妨害されない受信が（偶然に）行われるまで複数回の伝達を行うことも可能である。コストのかかる符号化（冗長性）によって、通信を行うこともできる。

インバーター３０２の典型的なクロック周波数は、１〜１００ｋＨｚの範囲にある。殊に、システム３００内で、バッテリー１００の充電と放電時に異なる周波数が生じ得る。殊に、公知であるのは、放電時（走行動作時）の６〜１０ｋＨｚと、充電時の６５ｋＨｚである。

図４は、中間にシフトされたデータパケット４０２を有するノイズパルス４００間の通信の図を示している。このデータパケットは、本発明の１つの実施例に即した、直流電流を導く線路を介したデータ伝送方法を用いて伝送される。ノイズパルス４００とデータパケット４０２は、棒として、時間軸上に示されている。ここで棒の大きさは、信号の強さを表しており、殊にバッテリー線路上での電流を表している。ノイズパルス４００は、データパケット４０２と比べて、格段に大きい信号強度を有している。データパケット４０２とノイズパルス４００は、規則的な間隔を有している。ここで、それぞれ、２つのノイズパルス４００の間に、１つのデータパケット４０２が線路を介して伝送される。順次連続する２つのノイズパルス４００の間の間隔４０４は、インバーターの動作強度に相応し、典型的に、１０ｋＨｚの周波数のもとで約１００μｓである。データパケット４０２は、等しい間隔４０４を有しているが、この間隔４０４の半分のぶんだけ、ノイズパルス４００に対して時間的にずらされている。これによって、データパケット４０２は、振幅が低いのにもかかわらず、確実に伝送される。なぜなら、ノイズパルス４００と、データパケットとが交わらないからである。

本願で開示されたアプローチによって、ノイズが生じているのにもかかわらず、バッテリー内のＰＬＣによる安全かつ確実な通信が可能になる。重要なアスペクトは、ノイズ源とのデータパケット４０２の伝送の同期化である。これによって、（時間的に制限された、規則的な）ノイズパルス４００の間で伝送が行われる。

本願で提示されたアプローチは一般的に、インバーターまたは類似の、クロック制御されたノイズ源と接続されている全てのバッテリーで使用可能である。

説明されたおよび図示された実施例は、単なる例として選択されたものである。種々の実施例を完全に組み合わせる、または、個々の特徴に関して相互に組み合わせることが可能である。ある実施例に、別の実施例の特徴を加えることもできる。

さらに、本発明のステップを繰り返すこと、並びに、説明した順番と異なる順番で実施することが可能である。

実施例が、第１の特徴と第２の特徴との間に「および／または」による接続を含んでいる場合には、これは、この実施例が、１つの実施形態では、第１の特徴も第２の特徴も有しており、別の実施形態では、第１の特徴だけか、または、第２の特徴だけを有している、ということを表している。

Claims (10)

1. バッテリーコネクション（１０４）を介したデータ伝送方法（２００）であって、
   当該データ伝送は、少なくとも１つのノイズパルス（４００）によって妨害されており、
   前記データ伝送方法（２００）は、
   少なくとも１つのデータパケット（４０２）を、前記バッテリーコネクション（１０４）を介して、前記ノイズパルス（４００）に対する時間的なずれを伴って送信および／または受信するステップ（２０２）
   を有している、
   ことを特徴とするデータ伝送方法（２００）。
2. 前記送信および／または受信ステップ（２０２）において、前記ノイズパルス（４００）の信号レベルの事前に定められた境界値を用いて前記時間的なずれを決定する、請求項１記載のデータ伝送方法（２００）。
3. 前記送信および／または受信ステップ（２０２）において、前記ノイズパルス（４００）の最大レベルに依存して前記時間的なずれを決定する、請求項１または２記載のデータ伝送方法（２００）。
4. 前記送信および／または受信ステップ（２０２）において、前記時間的なずれに関する情報を、前記データパケット（４０２）から抽出する、請求項１から３までのいずれか一項記載のデータ伝送方法（２００）。
5. 前記ノイズパルス（４００）と別のノイズパルス（４００）との間の持続時間を求めるステップを有しており、
   前記データパケット（４０２）の送信および／または受信ステップ（２０２）において、当該持続時間よりも長くない時間的なずれを用いる、請求項１から４までのいずれか一項記載のデータ伝送方法（２００）。
6. 前記ノイズパルス（４００）の発生時点を制御するステップを有している、請求項１から５までのいずれか一項記載のデータ伝送方法（２００）。
7. 前記時点を制御するステップにおいて、基準周波数との同期化を行う、請求項６記載のデータ伝送方法（２００）。
8. バッテリーコネクション（１０４）を介したデータ伝送装置（１０２）であって、
   請求項１から７までのいずれか一項に記載された方法（２００）を実施するように構成されているデバイス（１１２）を有している、
   ことを特徴とするデータ伝送装置（１０２）。
9. 請求項８記載の装置（１０２、１１０）を有している、
   ことを特徴とするエネルギー蓄積器（１００、１０６）。
10. 装置（１０２）上での実行時に請求項１から７までのいずれか一項記載の方法を実施するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品。

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