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1、(10)申请公布号 CN 103971504 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 1 5 0 4 A (21)申请号 201410031405.1 (22)申请日 2014.01.23 102013201165.2 2013.01.24 DE G08C 23/02(2006.01) G01D 21/00(2006.01) H04B 11/00(2006.01) (71)申请人罗伯特博世有限公司 地址德国斯图加特 (72)发明人 C.施罗夫 T.胡克 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人杜荔南 胡莉莉 (54) 发明名称 具。
2、有基于固体声的监视的电能量系统 (57) 摘要 具有基于固体声的监视的电能量系统。本发 明实现了一种电能量系统，其具有至少一个电能 量模块，所述电能量模块具有布置在该能量模块 内部的监视装置；以及控制装置，其中能够借助 固体声在能量模块与控制装置之间传输数据。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103971504 A CN 103971504 A 1/1页 2 1.电能量系统（100），具有： -至少一个电能量模块（10），。
3、所述电能量模块具有布置在该能量模块（10）内部的监视 装置（20）；以及 -控制装置（30）；其中能够借助固体声在能量模块（10）与控制装置（30）之间传输数 据。 2.根据权利要求1所述的电能量系统，其特征在于，固体声能够在能量模块（10）与控 制装置（30）之间至少部分地经由馈电线（11）传输。 3.根据权利要求1或2所述的电能量系统，其特征在于，固体声能够至少部分地经由能 量模块（10）的壳体（12）和/或控制装置（30）的壳体（31）传输。 4.根据权利要求1至3之一所述的电能量系统，其特征在于，一个或多个监视装置 （20）和一个或多个控制装置在功能上与用于固体声的发送/接收装置（40。
4、）连接。 5.根据权利要求4所述的电能量系统，其特征在于，在所述发送/接收装置（40）之间 的、不同材料的交界面的数量是最小的。 6.根据上述权利要求之一所述的电能量系统，其特征在于，能量系统（100）具有用于 固体声的衰减装置（50）。 7.根据权利要求6所述的电能量系统，其特征在于，所述衰减装置（50）具有至少一种 如下材料，所述材料在用于固体声传输的固体声频率范围中具有差的传输特性。 8.根据权利要求6或7所述的电能量系统，其特征在于，所述衰减装置（50）基本上完 全包围能量系统（100）。 9.根据上述权利要求之一所述的电能量系统，其特征在于，监视装置（20）和控制装置 （30）被构造。
5、为电池管理系统的一部分。 10.用于利用至少一个电能量模块（10）和至少一个控制装置（30）监视电能量系统 （100）的方法，具有以下步骤： -借助监视装置（20）求得能量模块（10）的运行数据；以及 -借助固体声在能量模块（10）与控制装置（30）之间传输运行数据。 11.根据权利要求10所述的方法，作为进一步的步骤具有： -借助所述控制装置（30）根据能量模块（10）的运行数据影响能量模块（10）。 权 利 要 求 书CN 103971504 A 1/5页 3 具有基于固体声的监视的电能量系统 技术领域 0001 本发明涉及一种电能量系统和一种用于监视电能量系统的方法。 背景技术 0002。
6、 在机动车技术领域中，为了在可以构造为集成电路（英文：Integrated Circuits,IC）的逻辑组件之间传输数据而在控制设备中大多采用串行接口（例如SPI，英 文：Serial Peripheral Interface，串行外设接口）。示例性提到的SPI标准描述了双向数 据传输，其中用户的接口至少需要3个管脚/线路。SPI接口使得可以实现环形拓扑或总线 拓扑。此外，为了在机动车中的控制设备之间进行通信通常采用LIN、CAN（英文：Controller Area Network，控制器域网络）、FlexRay或以太网形式的串行接口。这些串行接口可以根 据规格同样以不同的拓扑来构建。 0。
7、003 在使用总线拓扑的情况下，在更高数据速率时由于非最佳的线路匹配而导致的增 加的信号反射，得到更恶化的信号完整性和更高的干扰影响（尤其是更高的发射）。在作为 环形拓扑的应用中，偶尔产生非常高的等待时间，因此这种拓扑不能被有效地使用。虽然星 型拓扑提供具有小等待时间的良好通信信道，但是高的管脚或电缆铺设耗费对于使用来说 实际上是有害的。 0004 还已知经由所谓的电力线通信系统来传输数据。在此，由于高的干扰影响一般需 要非常复杂的收发器。为了将数据和能量分离还需要成本很高的无源器件（例如电感）。由 此数据线路的取消并非一定会带来成本节省，并且必须对每个应用单独加以评估。 0005 还已知基于。
8、固体声测量的在汽车中的碰撞识别。固体声传感器可以是用于激活例 如气囊和安全带的约束系统的电子装置的部件。通过测量在碰撞时出现的特征性固体声， 检测该结构的可塑变形。同时可以将不同的碰撞情形例如高的或低的速度、部分的机 动车重叠、倾斜的撞击和与可良好变形的物体的撞击良好地区分开来。 0006 DE 10 2007 038 419 B4公开了用于传输测量数据的设备和方法，其中借助该设 备可以通过壁传输数据，其中数据的提供以及从壳体内部向外和/或向相反方向的传输借 助声波来进行。 发明内容 0007 本发明根据第一方面实现一种电能量系统，具有： -至少一个电能量模块，该电能量模块具有布置在该电能量模。
9、块内部的监视装置；以 及 -控制装置；其中可以借助固体声在能量模块与控制装置之间传输数据。 0008 根据第二方面，利用本发明提出一种用于利用至少一个电能量模块和至少一个控 制装置监视电能量系统的方法，该方法具有以下步骤： -借助监视装置求得能量模块的运行数据；以及 -借助固体声在能量模块与控制装置之间传输运行数据。 说 明 书CN 103971504 A 2/5页 4 0009 该设备的优选实施方式是从属权利要求的主题。 0010 本发明能量系统的一种优选实施方式的特征在于，固体声可以在能量模块与控制 装置之间至少部分地经由馈电线传输。在此，该馈电线可以是汇流排，例如一种类型的金属 弓形板。。
10、这提供了以下优点：可以将在能量模块之间已经存在的、馈电线形式的基础设施用 于传输固体声。此外这种基本上刚性的连接能够良好地传输固体声。 0011 本发明能量系统的另一优选实施方式的特征在于，固体声可以至少部分地经由能 量模块的壳体和/或控制装置的壳体传输。这提供了一种替换声路径的优点，其中可以将 壳体形式的已存在的基础设施用于传输固体声。有利地，通过这种方式还可以实现多路径 传播，即经由馈电线和壳体的传播。 0012 本发明能量系统的另一种优选实施方式的特征在于，一个或多个监视装置和一个 或多个控制装置在功能上与用于固体声的发送/接收装置连接。由此有利地实现了一种用 于监视装置的双向通信可能，。
11、这种通信可能除了连接到发送/接收装置之外无需附加的接 线耗费就能实现。 0013 本发明能量系统的另一种优选实施方式的特征在于，在用于固体声的发送/接收 装置之间的、不同材料的交界面的数量是最小的。这有利地引起减小的干扰敏感性，其原因 在于减小了可能使固体声信号失真的介质的数量。声路径通过这种方式借助在声路径中的 介质过渡的数量减小而得到优化。 0014 本发明能量系统的另一优选实施方式的特征在于，能量系统具有用于固体声的衰 减装置。这有利地引起提高的抗干扰性，因为借助衰减装置使借助固体声的外部干扰尝试、 也就是由能量系统外部引起的干扰尝试基本上无效。 0015 本发明能量系统的另一优选实施方。
12、式的特征在于，衰减装置具有至少一种在用于 固体声传输的固体声频率范围中具有针对固体声差的传输特性的材料。通过这种方式可以 借助对用于衰减装置的材料的选择良好地设计衰减特性并由此良好地设计用于系统的安 全级。 0016 本发明能量系统的另一优选实施方式的特征在于，衰减装置基本上完全包围能量 系统。这有利地提供了在声技术上相对于环境基本上完全屏蔽的优点。 0017 本发明能量系统的另一优选实施方式的特征在于，监视装置和控制装置被构造为 电池管理系统的一部分。通过这种方式可以将本发明的固体声通信用于能量系统-管理系 统的利益。 0018 本发明方法的优选扩展在于借助控制装置根据能量模块的运行数据影响。
13、能量模 块。通过这种方式可以有利地在单元层面上执行能量模块的影响，由此支持对整个能量系 统的有效监视或控制。 0019 本发明的优点 特别有利的是在本发明中规定，监视装置集成在能量模块中，其中将固体声用于在各 个能量模块与控制装置之间的数据通信。通过这种方式，对于所提到的装置之间的通信不 需要单独的、具有对能量模块的对应干预的接线。由此借助经由固体声的通信有利地实现 了对每单个单元的有效的和爱惜资源的监视。 附图说明 说 明 书CN 103971504 A 3/5页 5 0020 下面借助实施方式参照附图阐述本发明的其它特征和优点。在此，所描述或显示 的所有特征本身或以任意组合形成本发明的主题。
14、，而与它们在权利要求或其引用中的组合 无关，并且与它们在说明书或附图中的提法或表示无关。附图首先被设想用于图解本发明 的主要原理。在附图中相同的附图标记表示相同或功能相同的元件。 0021 图1示出示例性能量系统的被监视的布置；以及 图2示出本发明能量系统的实施方式。 具体实施方式 0022 图1示出由总共80个能量模块10（例如以储能器单元的形式）组成的基本拓扑的 原理表示，这些能量模块借助馈电线11彼此电串联地接线。通过这种方式可以在第一个能 量模块10和最后一个能量模块10之间抽取例如256V的电压。数据线路13（例如RS-485 接口）被设置用于实现在每单个能量模块10与主机装置M之间。
15、的串行数据通信。对于每单 个能量模块10，通过这种方式需要数据线路13的专用输入和输出端。 0023 根据本发明现在规定，替代通信系统或数据线路13，使得将固体声用于能量单元 的一个或多个监视装置与中央控制装置之间的数据通信。 0024 图2示出本发明能量系统100的第一实施方式的原理性表示。能量系统100包括 多个借助馈电线11相互接线的电能量模块10，这些电能量模块例如可以构造为电池单元、 电能产生单元（例如燃料单元）或其它类型的电储能器或能量转换器。 0025 每个电能量模块10在内部具有监视装置20，该监视装置优选包括传感装置以利 用该传感装置检测能量模块10的特定物理参数，例如温度、。
16、电压、电流、充电状态、电阻等。 监视装置20在功能上与用于固体声的发送/接收装置40连接，该发送/接收装置被构造为 固体声收发器。发送/接收装置40优选具有相对于馈电线11的电压水平的电绝缘装置。 为了更好的一目了然性，仅对单个能量模块10示出附图标记10，12，20和40。 0026 由此能量模块10内的传感装置可以包括发送器和接收器或者包括将两个功能合 并的模块。可考虑的实施可以是压电元件或MEMS器件。监视装置的传感器元件的用于将 固体声传输到馈电线11和/或壳体12上的连接可以通过粘接连接实现。替换地，也可以 考虑另外的、例如拧紧、铆接、焊接或挤压的已知方法。 0027 发送/接收装置。
17、40可以安装在能量模块10中的任意位置处。所需要的所有模 块例如传感装置、电子放大器、转换机构、微控制器、计时器（Timer）等可以作为集 成电子部件实现，例如作为片上系统（SoC）实现。 0028 固体声作为弹性应力波与频率无关地以直至5m/ms的速度在结构中传播，使得集 成在发送/接收装置40中的固体声传感器（未示出）即使在能量系统100的外围能量模块 10中也可以传输非常快速和精确的单元情形。与例如光、微波、无线电波等电磁波相反，固 体声波不能在抽空的空间中传播。由此固体声波需要由传递波的运动的粒子形成的传输介 质。 0029 各个能量模块10的各个发送/接收装置40为此目的经由馈电线1。
18、1实体地相互 连接，其中馈电线11与控制装置30的发送/接收装置40连接。因此通过这种方式可能的 是，控制装置30经由其发送/接收装置40向一个或多个能量模块10中的每一个发送请求， 然后经由固体声向控制装置30发送被寻址的能量模块10的应答。由控制装置30接收的 说 明 书CN 103971504 A 4/5页 6 值被进一步处理和分析，其中多个电能量模块10的运行参数的值也可以结合地和/或综合 地加以分析。 0030 对于数据传输可以有利地采用由现有技术已知的传输协议，例如时间控制的或事 件控制的协议、CDMA（英文：Code Division Multiple Access，码分多址）等。
19、。 0031 依据能量模块10的运行数据，控制装置30可以对能量模块10施加影响，由此例 如在能量系统100中实现能量模块10之间的电荷平衡或者从开关复合装置桥接能量模块 10，例如通过以开关技术桥接或绕过能量模块10。通过这种方式可以更好地利用各个能量 模块10的功率潜力并且有利地提高能量系统100的安全水平。 0032 本发明的能量系统100的有效运行方式有利地通过这种方式得到支持。 0033 因此根据本发明可以将监视装置20完全布置在能量模块10内，由此可以节省单 独的、附加的接线耗费。通过去掉为了接线的目的而对能量模块10的干预，有利地改善了 能量模块10的运行安全性。此外可以成本低廉。
20、地进行所监视的能量模块10的制造过程。 此外有利地可以在单元层面上监视或控制电能量系统100。 0034 对于混合机动车和电动机动车来说，用于牵引电池的锂离子单元提供了功率、能 量密度、效率和环保的良好折衷。但是这种类型的电池由于通过汽车环境的严酷要求也可 能是危险和有问题的。因此为了安全和可靠地运行锂离子单元，采用电池管理系统（BMS）。 BMS在此应当监视和控制每单个单元的充电状态。 0035 有利地，所描述的、监视装置20与控制装置30之间的数据通信可以被构造为用于 能量系统100的电池管理系统（BMS）的一部分，由此可以更好地执行各个能量模块10的单 元监视或电荷状态的平衡。 0036。
21、 在另一实施方式中还可以考虑借助电池管理系统检测和评估来自机动车环境的 声学信号。可以根据预定的模式来检查这些声学信号。 0037 根据另一实施方式，电池管理系统还可以被用于诊断目的。机动车中的部件的失 效通常事先通过振动和异常噪声进行预告。这些振动同样可以利用管理系统的接收器来加 以检测和评估。 0038 在本发明能量系统100（未示出）的替换实施方式中，针对固体声的传输路径还经 由能量模块10的壳体12（在图2中仅针对能量模块10表示）以及控制装置30的壳体31 来引导。在这种情况下需要所提到的壳体12，31之间的实体接触。优选地还规定，在声源 和声吸收点之间的不同材料之间的介质过渡的数量。
22、尽可能地小，以尽可能均匀地并由此小 干扰地构造针对固体声的声路径。 0039 作为另一变型，设置衰减装置50，其例如可以基本上完全围绕能量系统100地布 置，由此使得潜在的攻击者难以借助固体声来引起针对能量系统100或在能量系统100内 的任何干扰动作。替换地，还可以采用衰减元件（未示出）来用于抑制干扰和/或用于连接 子网和/或用于防止固体声信号的不期望传播。 0040 衰减装置50优选具有一种材料，该材料在用于固体声传输的固体声频率范围中 具有差的传输特性（例如泡沫塑料或类似的衰减材料）。 0041 总之，利用本发明利用借助固体声的通信接口来用于在电能量模块的集成电路之 间的数据传输的目的，。
23、其中能量模块例如是为了在电动机动车或混合机动车的能量系统中 采用而设置的。由此有利地不需要单独或附加的线路用于数据通信。 说 明 书CN 103971504 A 5/5页 7 0042 虽然借助优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。尤其是所提到的材料 和拓扑仅是示例性的并且不限于所阐述的例子。例如还可以借助固体声控制或监视以矩阵 类型构建的能量系统。 0043 因此，专业人员以合适的方式更改所描述的本发明的特征或者将这些特征相互组 合，而不会脱离本发明的核心。 说 明 书CN 103971504 A 1/2页 8 图 1 说 明 书 附 图CN 103971504 A 2/2页 9 图 2 说 明 书 附 图CN 103971504 A 。