具有基于固體聲的監(jiān)視的電能量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】具有基于固體聲的監(jiān)視的電能量系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種電能量系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)電能量模塊，所述電能量模塊具有布置在該能量模塊內(nèi)部的監(jiān)視裝置；以及控制裝置，其中能夠借助固體聲在能量模塊與控制裝置之間傳輸數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有基于固體聲的監(jiān)視的電能量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電能量系統(tǒng)和一種用于監(jiān)視電能量系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)動(dòng)車(chē)【技術(shù)領(lǐng)域】中，為了在可以構(gòu)造為集成電路(央文:IntegratedCircuits, IC)的邏輯組件之間傳輸數(shù)據(jù)而在控制設(shè)備中大多采用串行接口(例如SPI，英文:Serial Peripheral Interface,串行外設(shè)接口)。示例性提到的SPI標(biāo)準(zhǔn)描述了雙向數(shù)據(jù)傳輸，其中用戶(hù)的接口至少需要3個(gè)管腳/線(xiàn)路。SPI接口使得可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形拓?fù)浠蚩偩€(xiàn)拓?fù)洹４送?，為了在機(jī)動(dòng)車(chē)中的控制設(shè)備之間進(jìn)行通信通常采用LIN、CAN(英文=ControllerArea Network，控制器域網(wǎng)絡(luò))、FlexRay或以太網(wǎng)形式的串行接口。這些串行接口可以根據(jù)規(guī)格同樣以不同的拓?fù)鋪?lái)構(gòu)建。
[0003]在使用總線(xiàn)拓?fù)涞那闆r下，在更高數(shù)據(jù)速率時(shí)由于非最佳的線(xiàn)路匹配而導(dǎo)致的增加的信號(hào)反射，得到更惡化的信號(hào)完整性和更高的干擾影響(尤其是更高的發(fā)射)。在作為環(huán)形拓?fù)涞膽?yīng)用中，偶爾產(chǎn)生非常高的等待時(shí)間，因此這種拓?fù)洳荒鼙挥行У厥褂谩ｋm然星型拓?fù)涮峁┚哂行〉却龝r(shí)間的良好通信信道，但是高的管腳或電纜鋪設(shè)耗費(fèi)對(duì)于使用來(lái)說(shuō)實(shí)際上是有害的。
[0004]還已知經(jīng)由所謂的電力線(xiàn)通信系統(tǒng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。在此，由于高的干擾影響一般需要非常復(fù)雜的收發(fā)器。為了將數(shù)據(jù)和能量分離還需要成本很高的無(wú)源器件(例如電感)。由此數(shù)據(jù)線(xiàn)路的取消并非一定會(huì)帶來(lái)成本節(jié)省，并且必須對(duì)每個(gè)應(yīng)用單獨(dú)加以評(píng)估。
[0005]還已知基于固體聲測(cè)量的在汽車(chē)中的碰撞識(shí)別。固體聲傳感器可以是用于激活例如氣囊和安全帶的約束系統(tǒng)的電子裝置的部件。通過(guò)測(cè)量在碰撞時(shí)出現(xiàn)的特征性固體聲，檢測(cè)該結(jié)構(gòu)的可塑變形。同時(shí)可以將不同的碰撞情形一例如高的或低的速度、部分的機(jī)動(dòng)車(chē)重疊、傾斜的撞擊和與可良好變形的物體的撞擊一良好地區(qū)分開(kāi)來(lái)。
[0006]DE 10 2007 038 419 B4公開(kāi)了用于傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的設(shè)備和方法，其中借助該設(shè)備可以通過(guò)壁傳輸數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)的提供以及從殼體內(nèi)部向外和/或向相反方向的傳輸借助聲波來(lái)進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明根據(jù)第一方面實(shí)現(xiàn)一種電能量系統(tǒng)，具有:
-至少一個(gè)電能量模塊，該電能量模塊具有布置在該電能量模塊內(nèi)部的監(jiān)視裝置；以
及
-控制裝置；其中可以借助固體聲在能量模塊與控制裝置之間傳輸數(shù)據(jù)。
[0008]根據(jù)第二方面，利用本發(fā)明提出一種用于利用至少一個(gè)電能量模塊和至少一個(gè)控制裝置監(jiān)視電能量系統(tǒng)的方法，該方法具有以下步驟:
-借助監(jiān)視裝置求得能量模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)；以及 -借助固體聲在能量模塊與控制裝置之間傳輸運(yùn)行數(shù)據(jù)。[0009]該設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0010]本發(fā)明能量系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，固體聲可以在能量模塊與控制裝置之間至少部分地經(jīng)由饋電線(xiàn)傳輸。在此，該饋電線(xiàn)可以是匯流排，例如一種類(lèi)型的金屬弓形板。這提供了以下優(yōu)點(diǎn):可以將在能量模塊之間已經(jīng)存在的、饋電線(xiàn)形式的基礎(chǔ)設(shè)施用于傳輸固體聲。此外這種基本上剛性的連接能夠良好地傳輸固體聲。
[0011]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，固體聲可以至少部分地經(jīng)由能量模塊的殼體和/或控制裝置的殼體傳輸。這提供了一種替換聲路徑的優(yōu)點(diǎn)，其中可以將殼體形式的已存在的基礎(chǔ)設(shè)施用于傳輸固體聲。有利地，通過(guò)這種方式還可以實(shí)現(xiàn)多路徑傳播，即經(jīng)由饋電線(xiàn)和殼體的傳播。
[0012]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一種優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視裝置和一個(gè)或多個(gè)控制裝置在功能上與用于固體聲的發(fā)送/接收裝置連接。由此有利地實(shí)現(xiàn)了一種用于監(jiān)視裝置的雙向通信可能，這種通信可能除了連接到發(fā)送/接收裝置之外無(wú)需附加的接線(xiàn)耗費(fèi)就能實(shí)現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一種優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，在用于固體聲的發(fā)送/接收裝置之間的、不同材料的交界面的數(shù)量是最小的。這有利地引起減小的干擾敏感性，其原因在于減小了可能使固體聲信號(hào)失真的介質(zhì)的數(shù)量。聲路徑通過(guò)這種方式借助在聲路徑中的介質(zhì)過(guò)渡的數(shù)量減小而得到優(yōu)化。
[0014]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，能量系統(tǒng)具有用于固體聲的衰減裝置。這有利地引起提高的抗干擾性，因?yàn)榻柚p裝置使借助固體聲的外部干擾嘗試、也就是由能量系統(tǒng)外部弓I起的干擾嘗試基本上無(wú)效。
[0015]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，衰減裝置具有至少一種在用于固體聲傳輸?shù)墓腆w聲頻率范圍中具有針對(duì)固體聲差的傳輸特性的材料。通過(guò)這種方式可以借助對(duì)用于衰減裝置的材料的選擇良好地設(shè)計(jì)衰減特性并由此良好地設(shè)計(jì)用于系統(tǒng)的安全級(jí)。
[0016]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，衰減裝置基本上完全包圍能量系統(tǒng)。這有利地提供了在聲技術(shù)上相對(duì)于環(huán)境基本上完全屏蔽的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]本發(fā)明能量系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施方式的特征在于，監(jiān)視裝置和控制裝置被構(gòu)造為電池管理系統(tǒng)的一部分。通過(guò)這種方式可以將本發(fā)明的固體聲通信用于能量系統(tǒng)-管理系統(tǒng)的利益。
[0018]本發(fā)明方法的優(yōu)選擴(kuò)展在于借助控制裝置根據(jù)能量模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)影響能量模塊。通過(guò)這種方式可以有利地在單元層面上執(zhí)行能量模塊的影響，由此支持對(duì)整個(gè)能量系統(tǒng)的有效監(jiān)視或控制。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
特別有利的是在本發(fā)明中規(guī)定，監(jiān)視裝置集成在能量模塊中，其中將固體聲用于在各個(gè)能量模塊與控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信。通過(guò)這種方式，對(duì)于所提到的裝置之間的通信不需要單獨(dú)的、具有對(duì)能量模塊的對(duì)應(yīng)干預(yù)的接線(xiàn)。由此借助經(jīng)由固體聲的通信有利地實(shí)現(xiàn)了對(duì)每單個(gè)單元的有效的和愛(ài)惜資源的監(jiān)視。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0020]下面借助實(shí)施方式參照附圖闡述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。在此，所描述或顯示的所有特征本身或以任意組合形成本發(fā)明的主題，而與它們?cè)跈?quán)利要求或其引用中的組合無(wú)關(guān)，并且與它們?cè)谡f(shuō)明書(shū)或附圖中的提法或表示無(wú)關(guān)。附圖首先被設(shè)想用于圖解本發(fā)明的主要原理。在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或功能相同的元件。
[0021]圖1示出示例性能量系統(tǒng)的被監(jiān)視的布置；以及 圖2示出本發(fā)明能量系統(tǒng)的實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1示出由總共80個(gè)能量模塊10 (例如以?xún)?chǔ)能器單元的形式)組成的基本拓?fù)涞脑肀硎?，這些能量模塊借助饋電線(xiàn)11彼此電串聯(lián)地接線(xiàn)。通過(guò)這種方式可以在第一個(gè)能量模塊10和最后一個(gè)能量模塊10之間抽取例如256V的電壓。數(shù)據(jù)線(xiàn)路13 (例如RS-485接口)被設(shè)置用于實(shí)現(xiàn)在每單個(gè)能量模塊10與主機(jī)裝置M之間的串行數(shù)據(jù)通信。對(duì)于每單個(gè)能量模塊10，通過(guò)這種方式需要數(shù)據(jù)線(xiàn)路13的專(zhuān)用輸入和輸出端。
[0023]根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在規(guī)定，替代通信系統(tǒng)或數(shù)據(jù)線(xiàn)路13，使得將固體聲用于能量單元的一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視裝置與中央控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信。
[0024]圖2不出本發(fā)明能量系統(tǒng)100的第一實(shí)施方式的原理性表不。能量系統(tǒng)100包括多個(gè)借助饋電線(xiàn)11相互接線(xiàn)的電能量模塊10，這些電能量模塊例如可以構(gòu)造為電池單元、電能產(chǎn)生單元(例如燃料單元)或其它類(lèi)型的電儲(chǔ)能器或能量轉(zhuǎn)換器。
[0025]每個(gè)電能量模塊10在內(nèi)部具有監(jiān)視裝置20，該監(jiān)視裝置優(yōu)選包括傳感裝置以利用該傳感裝置檢測(cè)能量模塊10的特定物理參數(shù)，例如溫度、電壓、電流、充電狀態(tài)、電阻等。監(jiān)視裝置20在功能上與用于固體聲的發(fā)送/接收裝置40連接，該發(fā)送/接收裝置被構(gòu)造為固體聲收發(fā)器。發(fā)送/接收裝置40優(yōu)選具有相對(duì)于饋電線(xiàn)11的電壓水平的電絕緣裝置。為了更好的一目了然性，僅對(duì)單個(gè)能量模塊10示出附圖標(biāo)記10，12,20和40。
[0026]由此能量模塊10內(nèi)的傳感裝置可以包括發(fā)送器和接收器或者包括將兩個(gè)功能合并的模塊。可考慮的實(shí)施可以是壓電元件或MEMS器件。監(jiān)視裝置的傳感器元件的用于將固體聲傳輸?shù)金侂娋€(xiàn)11和/或殼體12上的連接可以通過(guò)粘接連接實(shí)現(xiàn)。替換地，也可以考慮另外的、例如擰緊、鉚接、焊接或擠壓的已知方法。
[0027]發(fā)送/接收裝置40可以安裝在能量模塊10中的任意位置處。所需要的所有?！缞A一例如傳感裝置、電子放大器、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、微控制器、計(jì)時(shí)器(Timer)等——可以作為集成電子部件實(shí)現(xiàn)，例如作為片上系統(tǒng)(SoC)實(shí)現(xiàn)。
[0028]固體聲作為彈性應(yīng)力波與頻率無(wú)關(guān)地以直至5m/ms的速度在結(jié)構(gòu)中傳播，使得集成在發(fā)送/接收裝置40中的固體聲傳感器(未示出)即使在能量系統(tǒng)100的外圍能量模塊10中也可以傳輸非?？焖俸途_的單元情形。與例如光、微波、無(wú)線(xiàn)電波等電磁波相反，固體聲波不能在抽空的空間中傳播。由此固體聲波需要由傳遞波的運(yùn)動(dòng)的粒子形成的傳輸介質(zhì)。
[0029]各個(gè)能量模塊10的各個(gè)發(fā)送/接收裝置40為此目的經(jīng)由饋電線(xiàn)11實(shí)體地相互連接，其中饋電線(xiàn)11與控制裝置30的發(fā)送/接收裝置40連接。因此通過(guò)這種方式可能的是，控制裝置30經(jīng)由其發(fā)送/接收裝置40向一個(gè)或多個(gè)能量模塊10中的每一個(gè)發(fā)送請(qǐng)求，然后經(jīng)由固體聲向控制裝置30發(fā)送被尋址的能量模塊10的應(yīng)答。由控制裝置30接收的值被進(jìn)一步處理和分析，其中多個(gè)電能量模塊10的運(yùn)行參數(shù)的值也可以結(jié)合地和/或綜合地加以分析。
[0030]對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸可以有利地采用由現(xiàn)有技術(shù)已知的傳輸協(xié)議，例如時(shí)間控制的或事件控制的協(xié)議、CDMA (英文:Code Division Multiple Access,碼分多址)等。
[0031]依據(jù)能量模塊10的運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制裝置30可以對(duì)能量模塊10施加影響，由此例如在能量系統(tǒng)100中實(shí)現(xiàn)能量模塊10之間的電荷平衡或者從開(kāi)關(guān)復(fù)合裝置橋接能量模塊10，例如通過(guò)以開(kāi)關(guān)技術(shù)橋接或繞過(guò)能量模塊10。通過(guò)這種方式可以更好地利用各個(gè)能量模塊10的功率潛力并且有利地提高能量系統(tǒng)100的安全水平。
[0032]本發(fā)明的能量系統(tǒng)100的有效運(yùn)行方式有利地通過(guò)這種方式得到支持。
[0033]因此根據(jù)本發(fā)明可以將監(jiān)視裝置20完全布置在能量模塊10內(nèi)，由此可以節(jié)省單獨(dú)的、附加的接線(xiàn)耗費(fèi)。通過(guò)去掉為了接線(xiàn)的目的而對(duì)能量模塊10的干預(yù)，有利地改善了能量模塊10的運(yùn)行安全性。此外可以成本低廉地進(jìn)行所監(jiān)視的能量模塊10的制造過(guò)程。此外有利地可以在單元層面上監(jiān)視或控制電能量系統(tǒng)100。
[0034]對(duì)于混合機(jī)動(dòng)車(chē)和電動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，用于牽引電池的鋰離子單元提供了功率、能量密度、效率和環(huán)保的良好折衷。但是這種類(lèi)型的電池由于通過(guò)汽車(chē)環(huán)境的嚴(yán)酷要求也可能是危險(xiǎn)和有問(wèn)題的。因此為了安全和可靠地運(yùn)行鋰離子單元，采用電池管理系統(tǒng)(BMS)。BMS在此應(yīng)當(dāng)監(jiān)視和控制每單個(gè)單元的充電狀態(tài)。
[0035]有利地，所描述的、監(jiān)視裝置20與控制裝置30之間的數(shù)據(jù)通信可以被構(gòu)造為用于能量系統(tǒng)100的電池管理系統(tǒng)(BMS)的一部分，由此可以更好地執(zhí)行各個(gè)能量模塊10的單元監(jiān)視或電荷狀態(tài)的平衡。
[0036]在另一實(shí)施方式中還可以考慮借助電池管理系統(tǒng)檢測(cè)和評(píng)估來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)境的聲學(xué)信號(hào)?？梢愿鶕?jù)預(yù)定的模式來(lái)檢查這些聲學(xué)信號(hào)。
[0037]根據(jù)另一實(shí)施方式，電池管理系統(tǒng)還可以被用于診斷目的。機(jī)動(dòng)車(chē)中的部件的失效通常事先通過(guò)振動(dòng)和異常噪聲進(jìn)行預(yù)告。這些振動(dòng)同樣可以利用管理系統(tǒng)的接收器來(lái)加以檢測(cè)和評(píng)估。
[0038]在本發(fā)明能量系統(tǒng)100 (未不出)的替換實(shí)施方式中,針對(duì)固體聲的傳輸路徑還經(jīng)由能量模塊10的殼體12 (在圖2中僅針對(duì)能量模塊10表示)以及控制裝置30的殼體31來(lái)引導(dǎo)。在這種情況下需要所提到的殼體12，31之間的實(shí)體接觸。優(yōu)選地還規(guī)定，在聲源和聲吸收點(diǎn)之間的不同材料之間的介質(zhì)過(guò)渡的數(shù)量盡可能地小，以盡可能均勻地并由此小干擾地構(gòu)造針對(duì)固體聲的聲路徑。
[0039]作為另一變型，設(shè)置衰減裝置50，其例如可以基本上完全圍繞能量系統(tǒng)100地布置，由此使得潛在的攻擊者難以借助固體聲來(lái)引起針對(duì)能量系統(tǒng)100或在能量系統(tǒng)100內(nèi)的任何干擾動(dòng)作。替換地，還可以采用衰減元件(未示出)來(lái)用于抑制干擾和/或用于連接子網(wǎng)和/或用于防止固體聲信號(hào)的不期望傳播。
[0040]衰減裝置50優(yōu)選具有一種材料,該材料在用于固體聲傳輸?shù)墓腆w聲頻率范圍中具有差的傳輸特性(例如泡沫塑料或類(lèi)似的衰減材料)。
[0041]總之，利用本發(fā)明利用借助固體聲的通信接口來(lái)用于在電能量模塊的集成電路之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，其中能量模塊例如是為了在電動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)或混合機(jī)動(dòng)車(chē)的能量系統(tǒng)中采用而設(shè)置的。由此有利地不需要單獨(dú)或附加的線(xiàn)路用于數(shù)據(jù)通信。[0042]雖然借助優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。尤其是所提到的材料和拓?fù)鋬H是示例性的并且不限于所闡述的例子。例如還可以借助固體聲控制或監(jiān)視以矩陣類(lèi)型構(gòu)建的能量系統(tǒng)。
[0043]因此，專(zhuān)業(yè)人員以合適的方式更改所描述的本發(fā)明的特征或者將這些特征相互組合，而不會(huì)脫離本發(fā)明的核心。
【權(quán)利要求】
1.電能量系統(tǒng)(100)，具有: -至少一個(gè)電能量模塊(10)，所述電能量模塊具有布置在該能量模塊(10)內(nèi)部的監(jiān)視裝置(20);以及 -控制裝置(30);其中能夠借助固體聲在能量模塊(10)與控制裝置(30)之間傳輸數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，固體聲能夠在能量模塊(10)與控制裝置(30)之間至少部分地經(jīng)由饋電線(xiàn)(11)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，固體聲能夠至少部分地經(jīng)由能量模塊(10)的殼體(12)和/或控制裝置(30)的殼體(31)傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視裝置(20)和一個(gè)或多個(gè)控制裝置在功能上與用于固體聲的發(fā)送/接收裝置(40)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，在所述發(fā)送/接收裝置(40)之間的、不同材料的交界面的數(shù)量是最小的。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，能量系統(tǒng)(100)具有用于固體聲的衰減裝置(50)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，所述衰減裝置(50)具有至少一種如下材料，所述材料在用于固體聲傳輸?shù)墓腆w聲頻率范圍中具有差的傳輸特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，所述衰減裝置(50)基本上完全包圍能量系統(tǒng)(100)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電能量系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)視裝置(20)和控制裝置(30)被構(gòu)造為電池管理系統(tǒng)的一部分。
10.用于利用至少一個(gè)電能量模塊(10)和至少一個(gè)控制裝置(30)監(jiān)視電能量系統(tǒng)(100)的方法，具有以下步驟: -借助監(jiān)視裝置(20)求得能量模塊(10)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；以及 -借助固體聲在能量模塊(10)與控制裝置(30)之間傳輸運(yùn)行數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，作為進(jìn)一步的步驟具有: -借助所述控制裝置(30)根據(jù)能量模塊(10)的運(yùn)行數(shù)據(jù)影響能量模塊(10)。
【文檔編號(hào)】G08C23/02GK103971504SQ201410031405
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】C.施羅夫, T.胡克 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司