電池系統和用于在電池系統內進行數據傳輸的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于在具有電池的電池系統內進行數據傳輸的方法，所述電池包 括多個通過單元連接器彼此電連接的電池單元、尤其是電池單池，以便在電池的端子處提 供能量。
[0002] 本發明還涉及這種電池系統和具有這種電池系統的機動車。
【背景技術】
[0003] 對于將來的電動汽車和混合動力汽車、尤其是對于電動兩輪車、電動機動車和具 有混合驅動裝置的定線公共汽車而言，在鋰-離子-牽引用電池的結構內可能會采用具有 多個層級面的十分復雜的架構。為了將來可靠的設計，需要創新的方法，以便將復雜度分配 到各個層面上。在功能層面上，這通過在不同的層級面上設置用于電池監視和電池控制的 不同機構來實現，例如在單池層面上進行狀態監視、在較高級的層面上進行電壓控制和分 布式地在不同的平面上進行電荷平衡（平衡）。
[0004] 對于在控制器和各電池單池及必要時附加的功率開關和傳感器之間的通信來說， 根據功能情況對主要特征、如傳輸率和耐用性存在不同的要求，因而針對于牽引用電池的 各層級面要考慮采用不同的方法。
[0005] US 2012/112685A公開了一種具有電池的電池系統，其中，各單池管理單元配設有 通信單元，這些通信單元與主控制器無線地通信。
[0006] US 2010/019732A介紹了一種電池的電池控制系統，其中，為了控制電池電壓，傳 感器控制器與主控制器無線地或通過線路彼此通信。
【發明內容】
[0007] 對用于在具有電池的電池系統內進行數據傳輸的方法而言，所述電池包括多個通 過單元連接器彼此電連接的電池單元，以便在電池的端子處提供能量，規定：至少幾個電池 單元、控制器和/或執行器單元配設有通信單元，并且通信單元的通信至少部分地通過單 元連接器實現并且多維地實現。
[0008] 多維的通信在此指的是，發送的信號在多個接收路徑上從發送裝置傳輸給接收裝 置。在此，例如可以在同一時間以相同的頻率發送和/或接收多個信號狀態（符號）。相比 于一維的傳輸，在多維傳輸中有利地要么可以在相同的頻率范圍內以近乎相同的接收質量 傳輸多個數據（多輸入多輸出（Mnro)法），要么可以在相同數據傳輸率的情況下提高通信 媒介的傳輸可靠性和可用性（分路-接收和空-時-編碼（Space-Time-Coding))。
[0009] 根據本發明所提出的至少部分地通過單元連接器進行的通信也稱為供電線通信 (電力線-通信）。在此優選地，將高頻信號調制(ai4>ragen)到供電線上。由于高頻范圍 內有衰減效應，在低頻范圍內會由變換器引起干擾，所以在此考慮I-IOOMHz的典型的頻 率范圍。使用的帶寬主要通過所用的傳輸率來限定，并且根據應用情況優選地位于IOkHz 至IOMHz的范圍內，其中，可以采用擴頻（例如借助于碼擴頻技術、尤其是直接序列擴頻 (DSSS))，以便利用較大的帶寬以較低的數據傳輸率傳輸數據流。因此將利用已有的架構和 已有的拓撲結構在任意的與此相關的通信單元之間進行數據傳輸。
[0010] 特別是當至少幾個單元連接器被構造為電流匯流排尤其是被構造為通常無恒定 功率的大電流匯流排時，多維的通信是有利的。通過多維的通信，既可以考慮信號的傳播衰 減，又可以考慮?目號的失真。
[0011] 通信單元的信號輸入通常借助于與單元連接器連接的第一接頭和與另一單元連 接器連接的第二接頭來進行，以電流方向為基準，所述第一接頭布置在電池單元、控制器或 者執行器單元之一的前面，以電流方向為基準，所述第二接頭布置在其后面。
[0012] 按照第一實施方式，通信的載體或輸入參數是電壓。在此，每個相關的電池單元、 控制器或者執行器單元的并聯的聯接部通過三個接頭來實現，其中，第三接頭接地。以電壓 的形式輸入和輸出信號，這些電壓被表示為相對于參考電位的電位差。在此通過接地連接 給出參考電位。第一電壓仏在此表示第一接頭和第三接頭之間的電位差，而第二電壓1] 2則 表示第二接頭和第三接頭之間的電位差。通信單元上的信號使用U1U)和U2(t)來表示。 第三和第一接頭之間的電位差由U 2-U1計算得出。
[0013] 按照另一實施方式，通信的載體或輸入參數是電流強度。對于通信的輸入參數是 電流強度的這種情況，相關的通信單元的串聯聯接在電流通路上實現。在該種情況下，^表 示在通到第一接頭的電流通路上的電流強度，而I 2則表示在通到第二接頭的電流通路上的 電流強度。電流信號可以表示為Mt)和i2(t)。通常情況下，I 2-I1^o,因為由于電池單 元、控制器和執行器單元、尤其是電池單元的固有電容會產生流向電池的接地端的位移電 流。對于串聯聯接的情況，也可使用兩個信號維度。
[0014] 串聯聯接和并聯聯接這兩種方法可以任意組合。因此，按照另一實施方式，在電池 系統中無論是電壓還是電流強度都被用作通信的載體。針對每個通信單元都輸入和輸出兩 個信號，這些信號都被理解為二維的信號。視電池和電池單元的擴展情況而定，可考慮采用 多個輸入點和輸出點。
[0015] 按照一個優選的實施方式，采用矩陣式的信道脈沖響應來進行多維的通信。在此， 具有向量式的輸入信號s(t) = [Sl(t) s2(t)]T、向量式的輸出信號e(t) = [ei(t) e2(t)] T、矩陣式的信道脈沖響應h(t) = [hn(t) h12(t) ;h21(t) h22(t)]和向量式的干擾信號n(t) =[njt) n2(t)]1^從電池的任意位置到另一位置的傳輸可以表示為矩陣式的卷積（符號 "*'，），
[0016] e (t) = h (t) * s (t)+n (t) ·。
[0017] em(t) = hml(t) * s2(t)+nm(t)，m ε {1，2}，其中，無噪聲的接收信號 用e' (t) = h(tK s (t)來表示。在此，算符T表示矩陣或向量的轉置，而*則表示卷積運 算。針對傳輸可以利用傳輸信號的該表達式，以便相比于一維的傳輸要么在相同的頻率范 圍內以近乎相同的接收質量傳輸多個數據（多輸入多輸出（M頂0)法），要么在相同數據傳 輸率的情況下明顯提高通信媒介的傳輸可靠性和可用性（分路-接收）。
[0018] 在評價具有多個維度的信道特征時，可以由矩陣式的信道脈沖響應來識別出拓撲 特性。特別地，可識別出由于結構上的變化或機械的移動而引起的變化。由此可以為了診 斷而識別出干擾方式。
[0019] 按照一個優選的實施方式，待傳輸的信號的能量通過發送向量V= [V1 V2]τ分配 到通信的多個維度上。發送信號S (t) =VU (t)基于已有的一維的原始-信號U (t)而產 生。為了將信號的能量有利地分配到多個信號路徑上，對發送向量V= [V1 V2]T進行優化。 為了簡化，發送向量在此使用標量的加權因子來表示，但是，通常也可以由相應的前置濾波 器脈沖響應v(t) = [Vl(t) v2(t)]T構成，于是，為此發送信號如下地由各分量的卷積構成： S (t) = V ⑴ * U ⑴·。
[0020] 在接收多維的接收信號e(t)時，在接收器內各個分量ejt)又通過合適的加權組 合在一起。此外，通過這種預處理可以實現將現有的用于一維信號的接收器用來解調和檢 測。分量在接收器內的組合通常通過多維的合適的濾波器（匹配-濾波器）采用脈沖響應 w(t) = [Wl(t) w2(t)]來進行。由此得到經預處理的接收信號z(t) =w(tre(t)，，然后， 該接收信號可以在現有的用于一維