阅读说明：本技术 尤其是能使用在电池组系统中的通信系统的信号处理设备 (Signal processing device, in particular for a communication system usable in a battery system ) 是由 T.布克 刘文庆 N.明吉鲁利 于 2018-04-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种能使用在通信系统中的信号处理设备(1),该信号处理设备具有：信号路径(10)；信号探测器(30)；信号合成器(40)；传输单元(50)；和具有模拟-数字转换器(80)的接收路径。该信号路径(10)被构造用于：将由通信系统传输的并且包含通信信号的传输信号(U)继续传输。该信号探测器(30)被构造用于：探测包含在传输信号(U)中而且由于窄带干扰而出现的干扰信号,而且在干扰信号存在时产生激活信号。该信号合成器(40)被构造用于：在存在激活信号时,产生针对干扰信号的近似信号(A)。该传输单元(50)被构造用于：接收由信号路径(10)来传输的传输信号(U)以及近似信号(A),而且输出传输信号(U)和近似信号(A)之间的差分信号(D)。该模拟-数字转换器(80)被构造用于：将借助于差分信号(D)所产生的信号(D2)转换成数字信号(D3)。(The invention relates to a signal processing device (1) usable in a communication system, the signal processing device having: a signal path (10); a signal detector (30); a signal synthesizer (40); a transmission unit (50); and a receive path having an analog-to-digital converter (80). The signal path (10) is designed to: the transmission of a transmission signal (U) which is transmitted by the communication system and contains the communication signal is continued. The signal detector (30) is configured for: an interference signal which is contained in the transmission signal (U) and which occurs as a result of narrowband interference is detected, and an activation signal is generated in the presence of the interference signal. The signal synthesizer (40) is designed to: in the presence of an activation signal, an approximation signal (A) for the interference signal is generated. The transmission unit (50) is designed to: a transmission signal (U) and an approximation signal (A) transmitted by a signal path (10) are received, and a differential signal (D) between the transmission signal (U) and the approximation signal (A) is output. The analog-to-digital converter (80) is configured to: the signal (D2) generated by means of the differential signal (D) is converted into a digital signal (D3).)

尤其是能使用在电池组系统中的通信系统的信号处理设备

技术领域

本发明涉及一种用于尤其是能使用在电池组系统中的通信系统的信号处理设备和一种能使用在电池组系统中的具有这种信号处理设备的通信系统。

背景技术

从现有技术已知用于可使用在电动车辆和/或混合动力车辆中的电池组系统的电池组管理系统。这种电池组系统包括尤其是以锂离子电池组的形式构造的、具有多个电池组模块的电池组，这些电池组模块分别具有一个或多个电池组电池。这种电池组管理系统包括一个中央电池组监控单元和多个电池组模块监控单元。电池组监控单元被构造用于：监控电池组的功能状态。这些电池组监控单元其中的每个电池组监控单元都被构造用于：监控这些电池组模块其中的被分配给相应电池组监控单元的电池组模块的功能状态。

之前所描述的电池组管理系统以通信系统的形式来构造。在此，中央电池组监控单元和电池组模块监控单元都是相对应的通信系统的通信模块。这些通信模块借助于通信线路来彼此连接而且可以借助于通信信号来彼此进行通信。在此，这些通信信号被包含在要经由通信线路来传输的传输信号中。

这些通信线路可以以总线系统的形式来构造。

为了降低具有这种电池组管理系统的电池组系统的重量和制造成本，常常使用能量线路作为用于电池组管理系统的通信线路，这些能量线路已经存在于电池组系统中而且被设置用于传输电能量。这种通信方式也被称作电力线通信。但是，这种能量线路并未针对具有高频率的信号的传输被优化，引起所传输的信号的高衰减而且易受噪声干扰。

噪声干扰常常由于窄带干扰而造成。这种干扰通过无源天线输入耦合到之前所描述的电池组系统的信号与数据总线和/或能量线路中，而且被传递到所有被连接的组件，其包括相应的电池组系统的电池组在内。无源天线例如可以由处在具有这种电池组系统的车辆中的电缆支路形成。

由于窄带干扰而出现的干扰信号具有如下振幅和频率，该振幅和频率随时间通常非常缓慢地发生变化而且因此可以在能借助于电力线通信来传输的短数据包的传输时长内被假定为恒定。这种传输时长少于50μs。

由于窄带干扰而出现的干扰信号与如下通信信号叠加，所述通信信号经由之前描述的电池组管理系统的通信线路来传输。出于该原因，经由通信线路来传输的传输信号应分别被视为相对应的通信信号与由于窄带干扰而出现的干扰信号之间的总和。

之前所描述的电池组管理系统可包括信号处理设备，该信号处理设备包括信号路径和接收路径。接着，经由通信线路来传输的传输信号经由信号路径来继续传输并且被提供给接收路径。传输信号包括尤其是以经调制的信号的形式产生的通信信号和由于窄带干扰而出现的干扰信号。接收路径包括模拟-数字转换器和解调器。模拟-数字转换器被构造用于：将由信号路径传输的传输信号转换成数字信号并且将该数字信号提供给解调器。解调器被构造用于将该数字信号解调制。

这里应考虑：干扰信号可以不一样强烈地输入耦合到通信线路中而且因此具有经通信信号的频谱而并不恒定的振幅。在有些频率情况下，干扰信号的振幅可能是这样高的，使得传输信号的振幅位于对于模拟-数字转换器的输入信号的信号强度来说所容许的值域之外。在这种情况下，达到了模拟-数字转换器的输入饱和，该输入饱和导致模拟-数字转换器的过调制。由于所述过调制，传输信号的如下信号部分被切去（abschneiden），所述信号部分具有处在所容许的值域之外的信号强度。因此，对通信信号的这些信号部分的继续传输不再可能。出于该原因，接收路径包括自动增益调节装置，该自动增益调节装置在信号路径与模拟-数字转换器之间接通。

该自动增益调节装置被构造用于：使传输信号这样增强或者衰减，使得经增强的或经衰减的传输信号的振幅处在对于模拟-数字转换器来说所容许的值域内。在其中传输信号的振幅太低的情况下，可以借助于该自动增益调节装置来使传输信号增强，使得经增强的传输信号的振幅足够高，以便在要由模拟-数字转换器来执行的模拟-数字转换中引起高的信号与量化噪声比。

该自动增益调节装置并不能区分通信信号与干扰信号。因此，通信信号和干扰信号以相同的程度来衰减或增强。这意味着：如果传输信号的振幅处在所容许的值域之外而且通过该自动增益调节装置来衰减，则该信号与量化噪声比降低。在此，如果通信信号的振幅也仍明显小于噪声信号的振幅，则可能发生：经衰减的通信信号的振幅降低到模拟-数字转换器的分辨率极限之下，使得传输质量非常严重地受损。

从文献WO 2015/035922 A1已知包括自动增益调节装置的信号处理设备。

发明内容

按照本发明，提供了一种用于尤其是能使用在电池组系统中的通信系统的信号处理设备。该信号处理设备具有如下信号路径，该信号路径被构造用于：接收由通信系统传输的并且包含通信信号的传输信号并且继续传输该传输信号。该信号处理设备还具有信号探测器，该信号探测器被构造用于：探测出在传输信号中所包含的而且由于窄带干扰而出现的干扰信号的存在，而且在该干扰信号存在时产生激活信号。该信号处理设备还具有信号合成器，该信号合成器被构造用于：在存在该激活信号时，产生近似信号，该近似信号在预先限定的公差极限之内再现干扰信号。该信号处理设备还具有传输单元，该传输单元被构造用于：接收由信号路径来传输的传输信号以及该近似信号，而且输出差分信号，该差分信号等于传输信号与近似信号之差。该信号处理设备还具有接收路径，该接收路径具有模拟-数字转换器，该模拟-数字转换器被构造用于：将借助于由该接收路径接收的差分信号所产生的信号转换成数字信号。

通过使该近似信号接近于干扰信号的变化过程而且从传输信号中被减去而实现：由于窄带干扰而存在于传输信号中的干扰水平被降低。以这种方式实现了：由于干扰信号的大振幅而发生模拟-数字转换器的过调制的概率剧烈降低。

还实现：提高在要由模拟-数字转换器来执行的模拟-数字转换中出现的信号与量化噪声比。这里应考虑：传输信号应被视为通信信号与干扰信号之间的总和。因为近似信号在预先限定的公差极限之内再现干扰信号，所以差分信号基本上对应于通信信号。

从属权利要求表明了本发明的优选的扩展方案。

优选地，借助于差分信号来产生的信号与该差分信号一致。

进一步优选地，之前描述的信号处理设备的信号探测器被构造用于：确定干扰信号的至少一个参数，而且借助所述至少一个参数来探测出干扰信号的存在。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前描述的信号处理设备的信号探测器被构造用于：在存在干扰信号的超过预先限定的振幅极限值的振幅时，产生激活信号。以这种方式，降低了如下信号处理耗费，该信号处理耗费在由相应的信号处理设备执行的、对借助于通信系统来传输的传输信号的继续传输情况下是必需的。

按照本发明的一个优选的扩展方案，在由之前所描述的信号处理设备继续传输的传输信号中所包含的干扰信号是正弦形信号。替选地或附加地，由相应的信号处理设备的信号合成器产生的近似信号是周期性信号，该周期性信号与三角形信号、矩形信号或者正弦形信号一致。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前描述的信号处理设备的信号探测器包括确定单元。替选地或附加地，相应的信号处理设备的信号合成器以具有比较器和积分器的模拟电路的形式来构造。在此，该确定单元被构造用于：确定传输信号的峰值因数，而且依据所确定的峰值因数来探测出干扰信号的存在。

优选地，该确定单元包括如下模拟电路，该模拟电路被构造用于确定传输信号的峰值因数。进一步优选地，该确定单元包括数字处理器，该数字处理器被构造用于：实施至少一个算法，用来确定传输信号的峰值因数。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前所描述的信号处理设备的比较器在输入侧与确定单元连接而在输出侧与积分器连接。

这里应考虑：干扰信号可能是正弦形的而且正弦形信号具有约为1.41的峰值因数。这里还应考虑：该通信信号尤其是经调制的信号，该经调制的信号借助于一个或多个载波信号来产生，所述载波信号分别具有如下峰值因数，该峰值因数区别于正弦形信号的峰值因数。在这种情况下，该确定单元可以借助于传输信号的峰值因数以耗费特别少的方式来探测出干扰信号的存在。

优选地，信号合成器的模拟电路被构造用于：产生以周期性信号的形式的近似信号，该近似信号与三角形信号、矩形信号或者正弦形信号一致。

进一步优选地，该信号探测器被构造用于：在该信号探测器已经探测到存在干扰信号之后，紧接着借助于激活信号来激活比较器。

按照本发明的一个优选的扩展方案，在由之前所描述的信号处理设备继续传输的传输信号中所包含的通信信号是经调制的信号。

优选地，该通信信号是借助于正交频分复用法来调制的信号。进一步优选地，该通信信号是借助于频率调制方法来调制的信号。

按照本发明的一个优选的扩展方案，在由之前所描述的信号处理设备继续传输的传输信号中所包含的通信信号的载波信号的峰值因数区别于在该传输信号中所包含的干扰信号的峰值因数。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前所描述的信号处理设备的接收路径包括解调器，该解调器被构造用于：接收数字信号并且将该数字信号解调制。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前描述的信号处理设备的接收路径包括带通滤波器和/或自动增益调节装置。在此，带通滤波器和/或自动增益调节装置分别在输入侧与传输单元连接而在输出侧与模拟-数字转换器连接。该带通滤波器被构造用于：使该带通滤波器的输入信号的如下部分通过，其中所述部分具有处在通信信号的频谱内的频率；而抑制该带通滤波器的输入信号的如下部分，其中所述部分具有处在通信信号的频谱之外的频率。替选地或附加地，该自动增益调节装置被构造用于：使该自动增益调节装置的输入信号这样增强或衰减并且接着输出，使得该自动增益调节装置的输出信号具有处在如下值域内的振幅，所述值域对于模拟-数字转换器的输入信号的信号强度来说是容许的。

按照本发明的一个优选的扩展方案，之前所描述的信号处理设备的自动增益调节装置在带通滤波器与模拟-数字转换器之间接通。

在使用带通滤波器的情况下有利的是：近似信号的在差分信号中所包含的具有如下频率的所有部分都被滤出，其中所述频率处在通信信号的频谱之外。由此，在分析在通信信号中所包含的有用信息时所需的分析耗费降低，因为近似信号的被滤出的部分不包含有用信息而且也不再需要被分析。这里应考虑：通过从传输信号中减去近似信号来获得差分信号。

在使用自动增益调节装置的情况下有利的是：自动增益调节装置可以这样增强差分信号，使得经增强的差分信号的振幅足够高，以便在相对应的模拟-数字转换时引起高的信号与量化噪声比。当差分信号具有过低振幅时，于是可以进行该差分信号的增强。因为通过从传输信号中减去近似信号来获得差分信号而且由此使该差分信号主要相应于该通信信号，所以在增强差分信号的情况下，主要是增强通信信号。因此，对差分信号的增强导致了在通信信号中所包含的有用信息的经改善的可用性。

在使用自动增益调节装置的情况下还有利的是：自动增益调节装置可以这样衰减差分信号，使得经衰减的差分信号的振幅处在对于模拟-数字转换器来说所容许的值域之内。当差分信号具有过高振幅时，于是可以进行该差分信号的衰减。通过这种衰减，避免了模拟-数字转换器的过调制。由此保证了：在通信信号中所包含的所有有用信息都可以被利用。因为通过从传输信号中减去近似信号来获得差分信号而且由此使该差分信号主要相应于该通信信号，所以明显更少出现由干扰信号造成的差分信号的振幅的超高。由此，明显更少需要仅仅由于干扰信号而待执行的差分信号的衰减。由此，改善了在通信信号中所包含的有用信息的可用性。

优选地，之前所描述的信号处理设备可以借助于如下硬件组件来实现，所述硬件组件需要低电功率并且也导致低制造成本。进一步优选地，之前描述的信号处理设备可以集成到专用集成电路中。

本发明的另一方面涉及一种用于电池组系统的通信系统，该电池组系统具有电池组，所述电池组具有多个电池组模块，这些电池组模块分别具有一个或多个电池组电池。该通信系统包括多个通信模块和多个通信线路。这些通信模块借助于通信线路来彼此连接，而且被构造用于：借助于通信信号来彼此进行通信，其中在要经由这些通信线路来传输的传输信号中包含所述通信信号。这些通信模块分别被构造用于：监控该电池组的或者这些电池组模块之一的功能状态。该通信系统还包括之前所描述的信号处理设备。

优选地，这些通信线路至少部分地与能量线路一致，这些能量线路存在于电池组系统中而且被构造用于传输电能量。

之前所描述的信号处理设备可以在传输信号的宽的频谱内工作，而且与如下电池组的拓扑无关，其中所述电池组使用在具有之前所描述的通信系统的电池组系统中。

因为借助于之前所描述的信号处理设备而剧烈降低了出现模拟-数字转换器的过调制的概率，所以也剧烈降低了出现由模拟-数字转换器的过调制而引起的毁灭性错误的概率。以这种方式，也提高了之前所描述的通信系统的运行安全性，该通信系统具有之前所描述的信号处理设备。

借助于之前所描述的信号处理设备，还提高了在相对应的模拟-数字转换时的信号与量化噪声比。以这种方式，也改善了之前所描述的通信系统的功能性，该通信系统具有之前所描述的信号处理设备。

附图说明

随后，本发明的实施例参考随附的附图详细地予以描述。针对相同的组件和参数分别使用相同的附图标记。在附图中：

图1是按照本发明的第一实施方式来构造的用于处理传输信号的信号处理设备，该传输信号包含通信信号和干扰信号；

图2是在时域内示出的传输信号的变化过程；

图3是在频域内示出的传输信号的变化过程；

图4是在预先限定的公差极限之内再现干扰信号的近似信号的在时域内示出的变化过程；

图5是在频域内示出的近似信号的变化过程；

图6是差分信号的在时域内示出的变化过程，该差分信号等于传输信号与近似信号之差；和

图7是在频域内示出的差分信号的变化过程。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的第一实施方式来构造的用于通信系统（未示出）的信号处理设备1，其中该通信系统能使用在电池组系统中并且构造为电池组管理系统。该信号处理设备具有如下信号路径10，该信号路径被构造用于：接收由该通信系统传输的传输信号U并且继续传输该传输信号。传输信号U包含通信信号和由于窄带干扰而出现的干扰信号，而且可以作为通信信号与干扰信号之间的总和来表示。通信信号是借助于一个或多个载波信号来调制的信号。干扰信号以正弦形信号的形式出现而且具有约为1.41的峰值因数。在此，干扰信号的峰值因数区别于通信信号的峰值因数。

信号处理设备1还具有信号探测器30，该信号探测器被构造用于：探测出干扰信号的存在并且在干扰信号存在时产生激活信号。信号探测器30尤其构造用于：在存在干扰信号的超过预先限定的振幅极限值的振幅时，产生激活信号。信号探测器30包括确定单元31，该确定单元被构造用于：确定传输信号U的峰值因数，而且借助于所确定的峰值因数来探测出干扰信号的存在。

信号处理设备1还具有信号合成器40，该信号合成器被构造用于：在存在激活信号时，产生近似信号A，该近似信号在预先限定的公差极限之内再现干扰信号。信号合成器40以具有比较器41和积分器42的模拟电路的形式来构造，其中比较器41在输入侧与确定单元31连接而在输出侧与积分器42连接。在此，在存在干扰信号时，借助于激活信号来激活比较器41。接着，该模拟电路产生以周期性信号的形式的近似信号A，该近似信号与三角形信号、矩形信号或者正弦形信号一致。

信号处理设备1还具有传输单元50，该传输单元被构造用于：接收由信号路径10来传输的传输信号U以及近似信号A，而且输出差分信号D，该差分信号等于传输信号U与近似信号A之间的差。

信号处理设备1还具有接收路径，用于接收差分信号D。该接收路径包括：在传输单元50下游接通的带通滤波器60；在带通滤波器60下游接通的自动增益调节装置70；在自动增益调节装置70下游接通的模拟-数字转换器80；和在模拟-数字转换器80下游接通的解调器90。

带通滤波器60被构造用于：接收差分信号D并且接着将其作为经滤波的差分信号D1来输出。在此，带通滤波器60被构造用于：使差分信号D的具有处在通信信号的频谱内的频率的部分通过，而抑制差分信号D的具有处在通信信号的频谱之外的频率的部分。

自动增益调节装置70被构造用于：接收经滤波的差分信号D1，使经滤波的差分信号D1增强或者衰减，而且接着将其作为经增强的或经衰减的差分信号D2来输出。在此，经滤波的差分信号D1这样借助于自动增益调节装置70来增强或衰减，使得经增强的或经衰减的差分信号D2的振幅处于对于模拟-数字转换器80的输入信号的信号强度来说所容许的值域内。

模拟-数字转换器80被构造用于：接收经增强的或经衰减的差分信号D2并将其转换成数字信号D3。

解调器90被构造用于接收数字信号D3并且将该数字信号D3解调制。

图2示出了传输信号U的信号强度的取决于以微秒（μs）为单位测量的时间的变化过程UV1。这里应考虑：一微秒等于10^-6秒。在图2中，在用UA来表示的轴上说明了无单位的值，可以由传输信号U的被标准化到预先限定的信号强度值的信号强度来采取这些值。在图2中示出的示例中，在传输信号U中包含的通信信号是借助于正交频分复用法来调制的信号。这意味着：在图2中示出的示例中，用多个载波信号50来调制通信信号。与该通信信号相关联的符号的变化过程由全部四个经调制的载波信号的总和组成。

图3示出了在图2中示出的传输信号U的功率水平的取决于以兆赫兹（MHz）为单位测量的频率f的变化过程UV2。在图3中，在用UP来表示的轴上说明了以分贝-毫瓦（dBm）为单位的值，可以由传输信号U的功率水平来采取这些值。这里应考虑：分贝-毫瓦是功率水平的单位，该功率水平描述了功率与以毫瓦为单位的参考功率之比。一毫瓦等于10^-3瓦特。

在图3中示出的示例中，传输信号U在约为10MHz的频率情况下的功率水平具有由于干扰信号的高振幅而强烈超高的值。该值约为9.2dBm，而且因此比在同一频率情况下的通信信号的功率水平所采取的值要大出多于40dB。

图4示出了近似信号A的信号强度的取决于以微秒为单位测量的时间t的变化过程AV1。在图4中，在用AA来表示的轴上说明了无单位的值，可以由近似信号A的被标准化到预先限定的信号强度值的信号强度来采取这些值。在图4中示出的示例中，近似信号A是周期性信号，该周期性信号与三角形信号一致。在图4中示出的示例中，近似信号A在预先限定的公差极限之内再现在传输信号U中所包含的所述干扰信号，该传输信号在图2中示出。

图5示出了在图4中示出的近似信号A的功率水平的取决于以兆赫兹（MHz）为单位测量的频率f的变化过程AV2。在图5中，在用AP来表示的轴上说明了以分贝-毫瓦为单位的值，可以由近似信号A的功率水平来采取这些值。从图5能看出：近似信号A的功率水平在10MHz的频率情况下采取9dBm的最大值。

图6示出了差分信号D的信号强度的取决于以微秒为单位测量的时间t的变化过程DV1。在图4中，在用DA来表示的轴上说明了无单位的值，可以由差分信号D的被标准化到预先限定的信号强度值的信号强度来采取这些值。在图6中示出的示例中，通过从在图2中示出的传输信号U中减去在图4中示出的近似信号A来获得差分信号D。

图7示出了在图6中示出的差分信号D的功率水平的取决于以兆赫兹（MHz）为单位测量的频率f的变化过程DV2。在图7中，在用DP来表示的轴上说明了以分贝-毫瓦为单位的值，可以由差分信号D的功率水平来采取这些值。从图7中可见：在为10MHz的频率情况下，差分信号D的功率水平具有约为-21.43dBm的值，而且因此比在同一频率情况下在图3中示出的传输信号U的功率水平所采取的值要小出差不多30dB。从图7中还可见：近似信号A的谐波处在通信信号的频谱之外，尤其是处在与通信信号相关联的符号之外，而且因此可以借助于带通滤波器60轻易地被滤出。

借此，为了进一步公开本发明，除了在上文的文字形式的公开内容之外，补充性地参考在图1至7中的图示。