CN104412612A - 用于通过电池引线进行数据传输的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过电池引线(104)进行数据传输的方法(200)，其中该数据传输被至少一个干扰脉冲(400)干扰，其中该方法(200)具有通过电池引线(104)发送和/或接收(202)至少一个数据包(402)的步骤，其中该数据包(402)以对干扰脉冲(400)时间偏移地被发送和/或接收。

Description

用于通过电池引线进行数据传输的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过电池引线进行数据传输的方法、一种相应的设备和一种储能器以及一种相应的计算机程序产品。
背景技术
DE 10 2009 036 086 A1描述一种用于电池的电子监视装置。
发明内容
在该背景下，利用本发明根据独立权利要求介绍一种用于通过电池引线进行数据传输的方法，另外介绍一种使用本方法的用于通过电池引线进行数据传输的设备，和一种具有相应设备的储能器以及最后介绍一种相应的计算机程序产品。有利的设计方案从各从属权利要求和后面的说明书得出。
在电导线上能够传输能量和信息。为了能够接收信息，需要足够的信号强度，该足够的信号强度使得能够在电导体或者电导线上有别于其它振荡或者信号地识别所述信息。
本发明基于以下认识，即能够有利地在干扰信号或者振荡之间的空隙内发送和/或接收数据块。
通过在空隙内的发送能够以小的信号电平发送数据。在其内在导线上不出现于扰信号的时间间隙内，信噪比是非常大的，使得在技术上能够通过该导线非常简单地和错误少地传输大量数据。不管大的干扰振幅仍然能够通信。由于小的信号电平得出减小的能量需求。用于电池单元内的电子装置的成本是更小的(ASIC成本)，因为收发器内不需要大的驱动功率。
本发明创造一种用于通过电池引线进行数据传输的方法，其中该数据传输由至少一个干扰脉冲干扰，其中该方法具有下面的步骤：
通过所述电池引线发送和/或接收至少一个数据包，其中该数据包以对所述脉冲时间偏移地被发送和/或接收。
另外，本发明创造一种用于通过电池引线进行数据传输的设备，该设备被构造用于在至少一个相应的装置内执行或者转换根据本发明的方法的步骤。通过本发明的以设备形式的该实施变型也能够快速和有效地解决本发明所基于的任务。
此外本发明创造一种具有根据在此所介绍的方案的设备的储能器。
数据传输可以被理解为两个仪器、例如接收器与发送器的通信。所述发送器可以发送信号并且所述接收器可以接收该信号。信号可以在双向上传输。在此所述信号可以经过发送器和接收器之间的距离。电池引线可以是电导体，该电导体被连接到电池的一个极上。所述电池引线可以是传导直流电的导线。干扰脉冲例如可以是在电池引线上的某个时间窗内的通过电流的强烈的电平变化。干扰脉冲可以包括多个连续的电平变化或者振荡。该振荡能够被阻尼和衰减。数据包可以具有预先规定的长度。数据包可以包括多个块。多个数据包可以连续地被发送和/或接收。时间偏移可以是延迟，该延迟在干扰脉冲之后被等待，直到数据包被发送和/或接收。储能器可以是电池或者电池单元。
设备当前可以被理解为电气仪器，该仪器处理传感器信号并且据此输出控制和/或数据信号。所述设备可以具有接口，该接口可以以硬件和/或软件方式被构造。在以硬件方式构造的情况下，接口例如可以是所谓的***ASIC的部分，该部分包含所述设备的极为不同的功能。然而也可以的是，接口是自身的集成电路，或者至少部分由分立器件组成。在以软件方式构造的情况下，接口可以是软件模块，所述软件模块例如在微控制器上除其它软件模块之外存在。
可以使用干扰脉冲的信号电平的预先规定的极限值来确定所述时间偏移。在干扰脉冲的脉冲尖峰之后可以以该时间偏移等待发送和/或接收，直到该干扰脉冲已经衰减到极限值以下。由此能够以小的发送功率发送和能够接收具有低信号电平的数据包。
所述时间偏移可以根据干扰脉冲的最大电平来确定。当最大电平大时，时间偏移可以较大。当最大电平小时，时间偏移可以较小。由此时间偏移能够为发送和/或接收直接适配于干扰脉冲的波动的振幅。例如可以通过尝试事先为多个最大电平确定时间偏移的长度。要使用的时间偏移例如可以从表(查阅表)中读出。时间偏移也可以通过处理规定来确定。时间偏移可以紧接着最大电平的通过快速地被确定。
关于时间偏移的信息可以从数据包中抽出。时间偏移可以通过中央控制单元来控制。为此时间偏移可以向本方法的多个用户同时传递。替代地，可以借助电池导线上的触发脉冲触发时间偏移。
所述方法可以具有确定干扰脉冲和另外的干扰脉冲之间的持续时间的步骤，其中在发送和/或接收数据包的步骤中使用时间偏移，该时间偏移不大于该持续时间。所述另外的干扰脉冲可以是先前的或者随后的干扰脉冲。通过确定该持续时间例如可以在两个干扰脉冲之间的中间发送和/或接收数据包。
所述方法可以具有影响干扰脉冲出现的时间点的步骤。影响可以被理解为触发或者控制。例如可以借助触发信号触发干扰脉冲。由此例如能够为通信自由地保持预先规定的时间点。
所述时间点可以与参考频率同步。参考频率可以是***时钟。通过干扰时钟的同步能够优化电池引线上的通信。同样，发送和/或接收能够与参考频率同步。例如能够交替地触发干扰脉冲和发送和/或接收。
也有利的是，具有以下程序代码的计算机程序产品，即该程序代码可以在机器可读的载体、如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上被存储并且当该程序产品在计算机或者设备上被实施时被用于执行根据上述实施方式之一的方法。
附图说明
下面借助附图示例地详细解释本发明。其中：
图1示出具有根据本发明的一个实施例的用于通过电池引线进行数据传输的设备的电池的图示；
图2示出根据本发明的一个实施例的用于通过电池引线进行数据传输的方法的流程图，该数据传输被干扰信号干扰；
图3示出具有根据本发明的一个实施例的电池的驱动***的图示；和
图4示出干扰脉冲与中间延迟的数据包的图示，所述数据包借助根据本发明的一个实施例的用于通过电池引线进行数据传输的方法来传输。
在本发明的优选的实施例的随后的描述中，对于在不同的图中所示出的和相似作用的元件使用相同的或者相似的附图标记，其中放弃对这些元件的重复的描述。
具体实施方式
图1示出具有根据本发明的一个实施例的用于通过电池引线104进行数据传输的设备102的电池100的图示。设备102在该实施例中被布置在电池100的电池单元106之内。在图1中，在电池100之内示范地示出四个串联的、相同实现的电池单元106。电池100也可以具有或多或少的电池单元106。在电池单元106内布置有电化学的存储元件108。存储元件108具正极和负极，所述正极和负极被引导通过电池单元106的壳。在电池单元106的外面，所述极与直流电导线104连接。在正极和负极之间接入设备102。设备102被构造用于，通过导线104传输电池单元106中的数据。电池单元106中的传感器和数据处理装置未被示出。在该实施例中电池100具有控制仪器110，该控制仪器具有装置112，该装置被构造用于，通过根据在此介绍的方案的方法通过直流电导线104与设备102进行通信。例如控制仪器110可以询问各个电池单元106的单元状态。控制仪器110和装置112为此与直流电导线104连接。在该实施例中，控制仪器110在电池100的正极和负极之间接入。控制仪器110可以通过电池引线104与电池100外面的另外的仪器进行通信。为此所述仪器同样可以具有根据在此介绍的方案的设备。
换句话说，图1示出一种电池100，在该电池中装备有电子部件102，用于与干扰源同步地通过电池单元106的电极夹头或者电流连接导线104交换数据(电源线通信)。电池100可以作为锂离子蓄电池、例如作为用于电动车辆(EV)或者混合电动车辆(HEV)的牵引电池100来实施。
至少在充电和/或放电期间被监视的特别是作为EV/HEV的牵引电池的电池100，具有电子部件102，所述电子部件被装备用于，与干扰源(负载、特别是逆变器或者电动机，特别是在充电/放电中)同步地通过电池单元106的电极夹头或者电流连接导线104交换数据。在设备102内实施以下方法，即该方法能够在电池100内实现这种干扰同步的数据传输。
该同步可以通过主收发器110进行。主收发器110可以有利地但是不强制地被布置在控制仪器内。主机的用于同步节点下的通信的同步脉冲自身被同步到干扰脉冲之间的停顿上。特别有利的是，为了调节通信使用TDMA方法，在该TDMA方法中时间协调地进行节点的通信。
每个节点能够独立地使其发送窗口同步到干扰停顿上。特别有利的是，为了调节通信使用如CDMA的方法，在该方法中节点的通信也可以同时或者没有中央控制地进行。
所述同步可以在***层上通过从公共的参考频率推导用于通信和/或逆变器控制的时钟来实现。
于干扰源的同步可以通过自学式设备进行。该设备可以优选地被构型为具有前置的滤波器的PLL。由此收发器的振荡器借助该PLL与干扰脉冲(并且因此也与停顿)同步地保持。这可以中心地在主机110内或者分开在每个收发器内进行。
通信主机110可以根据电池之内的本地的干扰电平波动将特定的通信时隙分配给节点。由于其位置遭受小的干扰电平的节点基本上可能获得在时间上接近干扰脉冲的不适宜的时隙，相反由于其位置遭受大的干扰电平的节点能够在无干扰的窗口内分配地得到适宜的时隙，当干扰最大地衰减时，这特别可以是临近无干扰的时间的末尾的时隙。
图2示出根据本发明的一个实施例的用于通过引导直流电的导线或者电池引线进行数据传输的方法200的流程图，该数据传输被干扰信号干扰。该方法具有通过导线发送和替代地或补充地接收至少一个数据包的步骤202。在步骤202中，数据包以对干扰信号的干扰脉冲的时间偏移发送和替代地或者补充地接收。干扰信号的干扰脉冲具有规律的时间间隔。在所述间隔内导线上的信号电平是低的。在所述间隔内接收和/或发送至少一个数据包。干扰脉冲可以由功率组件之内的开关过程所导致，所述功率组件将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电。
换句话说，图2示出一种用于通过电池内的电源线干扰同步地进行通信的方法200。该方法200能够在电池之内实现干扰同步的数据传输。在电池中，在分布的电子部件之间的(测量)数据传输通过专用的数据导线、例如CAN总线进行。电池也可以借助电源线通信(PLC)交换数据。电池可以具有集成的带有数据传输的电池传感器。通信可以与诸如逆变器控制的***时钟同步。
图3示出具有根据本发明的一个实施例的电池100的驱动***300的示意图。电池100通过直流电导线104与逆变器302连接。逆变器302通过三芯导线304与三相电动机M连接。电池100的直流电压在逆变器302内被转换为三相交流电压。该三相交流电压通过三芯导线304被导向三相电动机M，在那里该三相交流电压驱动电动机M的转子。为了逆变器302能够提供三相交流电压，直流电压在多个开关过程中被转换为三个相位错开的交流电压。所述开关过程在此在直流电导线104内引起电流脉冲。电流脉冲具有高的振幅。电池100具有至少一个根据在此介绍的用于通过直流电导线104进行数据传输的方案的设备。由此可以放弃自身的数据导线。借助根据本发明的一个实施例的方法，在此未表示的控制仪器可以通过直流电导线104询问例如电池100的状态信息，以便监视电池100的充电过程以及驱动电动机M时的放电过程。为此该设备使用电流脉冲之间的停顿，其间正好不发生开关过程。为了使用所述停顿，当脉冲的振幅小于阈值时，数据传输例如可以接着该脉冲进行。附加地，可以将停留时间***到该脉冲和数据传输之间，以便例如规避该脉冲的下游的尖峰。逆变器302中的开关过程也可以与数据传输协调。例如当开关过程的重复频率升高时可以减小数据传输的块长。反之开关过程之间的间歇可以具有最小长度，以便可以在停顿中传输最小的块长。开关过程也可以分组被布置，以便产生几乎没有停顿的阶段，而接着的阶段具有较大的停顿。
电动和混合动力车辆中的牵引电池100给逆变器302和(多个)电动机M供给能量。两者，但是特别是逆变器302由于时钟的工作方式产生强烈的干扰。虽然真正的工作频率位于千赫范围内，但是高次谐波直至高兆赫的范围内发生。这些干扰能够干扰和妨碍借助PLC的通信。具有相同作用的时钟的干扰信号也从电池充电装置影响到电池100内。例如通过较高的发送功率能够使干扰增强。也可以进行多次传递，直到(随机的)无干扰的接收。也可以通过花费大的编码(冗余)进行通信。
逆变器302的典型的时钟频率位于1和100kHz之间的范围内。在***300内在对电池100充电和放电时特别能够出现不同的频率。特别已知的是，6和10kHz用于放电(列车运行)和65kHz用于充电。
图4示出具有中间延迟的数据包402的干扰脉冲400之间的通信的图示，所述数据包借助根据本发明的一个实施例的用于通过引导直流电的导线进行数据传输的方法传输。干扰脉冲400和数据包402被示出为时间轴上的柱。柱的大小在此代表信号强度，特别是电池导线上的电流。干扰脉冲400具有比数据包402显著更大的信号强度。数据包402和干扰脉冲400具有规律的间隔，其中分别在两个干扰脉冲400之间通过导线传递一个数据包402。两个连续的干扰脉冲400之间的间隔404对应于逆变器的工作时钟并且在10kHz的频率下典型地约为100μs。数据包402具有相等的间隔404，然而与干扰脉冲400在时间上错开半个间隔404。由此数据包402尽管振幅小仍然能够安全地传输，因为干扰脉冲400不与数据包重合。
通过在此介绍的方案不管出现的干扰仍然能够借助PLC在电池内进行安全并且可靠的通信。一个重要的方面是数据包402的传递与干扰源的同步，使得在(时间上受限制的、规律的)干扰脉冲400之间进行传输。
在此介绍的方案一般能够在所有与逆变器或者相似的时钟式工作的干扰源连接的电池中应用。
所描述的并且在图中所示出的实施例仅示例性地选择。不同的实施例可以完全或者关于单个的特征互相组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征补充。
此外，本发明的方法步骤可以被重复以及以和所描述的顺序不同的顺序来实施。
如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”连接，则这应该这样理解，即该实施例根据一种实施方式既具有第一特征又具有第二特征，并且根据另一种实施方式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (10)

1.用于通过电池引线(104)进行数据传输的方法(200)，其中所述数据传输被至少一个干扰脉冲(400)干扰，其中所述方法(200)具有下面的步骤：
通过所述电池引线(104)发送和/或接收(202)至少一个数据包(402)，其中所述数据包(402)以对所述干扰脉冲(400)时间偏移地被发送和/或接收。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中在发送和/或接收的步骤(202)中使用干扰脉冲(400)的信号电平的预先规定的极限值确定所述时间偏移。
3.根据上述权利要求之一所述的方法(200)，其中在发送和/或接收的步骤(202)中所述时间偏移根据干扰脉冲(400)的最大电平来确定。
4.根据上述权利要求之一所述的方法(200)，其中在发送和/或接收的步骤(202)中从所述数据包(402)中提取关于所述时间偏移的信息。
5.根据上述权利要求之一所述的方法(200)，具有确定所述干扰脉冲(400)和另外的干扰脉冲(400)之间的持续时间的步骤，其中在发送和/或接收数据包(402)的步骤(202)中使用不大于所述持续时间的时间偏移。
6.根据上述权利要求之一所述的方法(200)，具有影响所述干扰脉冲(400)出现的时间点的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法(200)，其中在影响的步骤中所述时间点与参考频率同步。
8.用于通过电池引线(104)进行数据传输的设备(102)，所述设备具有装置(112)，所述装置被构造用于，执行根据权利要求1到7之一的方法(200)。
9.储能器(100、106)，具有根据权利要求8的设备(102、110)。
10.计算机程序产品，具有当所述程序产品在设备(102)上被实施时用于执行根据权利要求1到7之一的方法的程序代码。
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