電動車輛蓄電池組電壓監(jiān)測系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及具有電力推進(jìn)的車輛，并且更具體地涉及通過與高壓蓄電池電路數(shù)字隔離的微控制器監(jiān)測來自蓄電池組的輸出電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力車輛或電動車輛的電力驅(qū)動的直流(DC)電源(如蓄電池)和其他元件需要監(jiān)測以便使效率和性能最大化以及檢測潛在的故障。例如鋰離子(L1-1on)這樣的通常的蓄電池類型利用一起層疊到蓄電池組中的大量單元。除了監(jiān)測蓄電池組輸出的總電壓，通常單獨監(jiān)測每個單元以確定它們的電壓產(chǎn)出和其他參數(shù)。也監(jiān)測每個單元的溫度以便防止過熱。
[0003]由于涉及的高壓電平、在層疊內(nèi)各自的單元運(yùn)轉(zhuǎn)時的中間電壓范圍以及需要的高的精度水平，可靠地監(jiān)測各種蓄電池狀況是非常具有挑戰(zhàn)性的。商業(yè)上已研制出用于車輛環(huán)境的各種蓄電池監(jiān)測集成電路(IC)設(shè)備。市場上可買到的蓄電池監(jiān)測IC設(shè)備的示例包括可向馬薩諸塞州諾伍德的美國模擬器件公司(Analog Devices, Inc.)購買的AD7280A設(shè)備、可向加利福尼亞米爾皮塔斯的凌力爾特公司(Linear Technology Corporat1n)購買的LTC6804設(shè)備和可向加利福尼亞米爾皮塔斯的英特砂爾公司(Intersil Corporat1n)購買的ISL94212多單元鋰離子蓄電池管家。除了用于直接監(jiān)測各自的蓄電池單元的多個輸入，已知的IC設(shè)備包括幾個模擬輸入，用于測量用作各自的蓄電池單元的溫度傳感器的熱敏電阻電路的輸出。
[0004]每個市場上可買到的蓄電池監(jiān)測IC設(shè)計為具有特定數(shù)量的監(jiān)測各自的蓄電池單元的測量通道。上述提到的AD7280A有6個通道，LTC6804和ISL94212每個都有12個通道。為了達(dá)到期望的輸出電壓電平，用于電動車輛的典型的鋰離子電池常常層疊多達(dá)約96個單元。為了監(jiān)測各個單元，蓄電池監(jiān)測IC同樣地層疊在蓄電池組的正、負(fù)輸出總線之間。由于沒有連接單一的監(jiān)測IC到兩個總線，為了測量蓄電池組的全部輸出電壓使用了附加組件。此外，附加組件用于測量蓄電池組的全部輸出電壓而不是由IC測量的各個單元電壓的總和(或單元組)，這是由于取樣時間和微處理器計時加載的原因(如將被要求的許多串行消息)。
[0005]測量的蓄電池單元、蓄電池組以及相關(guān)設(shè)備的參數(shù)全部被主微控制器或微處理器使用，用于執(zhí)行蓄電池管理和通信。主微控制器或微處理器通常位于與其他車輛組件——例如車輛系統(tǒng)/動力系統(tǒng)控制器或驅(qū)動接口模塊——相連接的離散蓄電池控制模塊或箱內(nèi)。因此，主微控制器或微處理器使用底板地線作為它的基準(zhǔn)電壓。底板地線與負(fù)蓄電池總線提供的主蓄電池組的基準(zhǔn)隔離。
[0006]部署的具有蓄電池組的蓄電池監(jiān)測IC必須參考負(fù)總線監(jiān)測蓄電池單元。因此，連接到高壓域中的蓄電池監(jiān)測IC和任何其他的監(jiān)測設(shè)備必須通過域交叉元件與主微控制器或微處理器通信，域交叉元件在主微控制器或微處理器的高壓蓄電池域和底板地線域(即低壓域)之間提供數(shù)字隔離。為了使主微控制器或微處理器不僅控制監(jiān)測元件還接收產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)，通常使用相對昂貴的組件-例如光電稱合晶體管(photoMOS transistor)
和專用的高壓參考模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換集成電路。在維持蓄電池組輸出電壓的穩(wěn)健檢測的同時避免昂貴的附加組件是非常可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的一個方面，提供了一種電動車輛系統(tǒng)，其具有多單兀蓄電池組供應(yīng)在正總線和負(fù)總線之間的主蓄電池電壓。主微控制器監(jiān)測蓄電池組的性能。主微控制器被耦接至底板地線且與正總線和負(fù)總線數(shù)字隔離。連接蓄電池監(jiān)控IC到蓄電池組以測量蓄電池組中的各自單元的電壓，其中蓄電池監(jiān)測IC具有隔離的至主微控制器的串行數(shù)據(jù)鏈路以報告測量的電壓。蓄電池監(jiān)測IC進(jìn)一步包括多個可選擇地提供驅(qū)動信號的輔助/熱敏電阻A/D輸入和輔助輸出終端。評估開關(guān)具有輸入、輸出和控制終端，其中輸入被連接到正總線。耦接控制終端至輔助輸出終端以便激活評估開關(guān)以響應(yīng)通過串行數(shù)據(jù)鏈路從主微處理器接收到的命令。在評估開關(guān)的輸出和負(fù)總線之間耦接分壓器，為輔助/熱敏電阻A/D輸入之一提供分出的電壓輸出。蓄電池監(jiān)測IC通過串行數(shù)據(jù)鏈路傳輸代表分出的電壓輸出的數(shù)字值至主微處理器，主微處理器響應(yīng)于數(shù)字值確定主蓄電池電壓。
【附圖說明】
[0008]圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中具有主蓄電池電壓監(jiān)測的電驅(qū)動系統(tǒng)的一個實施例的示意框圖。
[0009]圖2是顯示圖1的系統(tǒng)中使用的方法的流程圖。
[0010]圖3是在蓄電池組電壓測量的較低成本的實施方式的情況下的本發(fā)明的電驅(qū)動系統(tǒng)的一個實施例的示意框圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的一種優(yōu)選方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在參考圖1，傳統(tǒng)的電動車輛系統(tǒng)10包括主蓄電池組11，主蓄電池組11具有包括多個典型單元Ila-1lk的單獨的單元。多個蓄電池監(jiān)測IC 12,13和14以層疊的方式連接到各自的蓄電池單元之一。單元監(jiān)測輸入16連接每個相應(yīng)的單元至蓄電池監(jiān)測IC12-14的各自的輸入引線(如單元OIn，CellOIn)。蓄電池監(jiān)測IC 12示出的同樣的相互連接也呈現(xiàn)在蓄電池監(jiān)測IC 13和14中，但不是圖1中示出的全部。主微處理器15通過數(shù)字隔離器16從耦接的IC 12的串行輸出接收測量到的數(shù)據(jù)，從而形成能夠在IC 12的高壓域和主微控制器或微處理器15的低壓底板地線域之間雙向通信的串行數(shù)據(jù)鏈路。當(dāng)耦接隔離電路16至底板地線17和高壓地線18時，主微控制器或微處理器15耦接到底板地線17。
[0013]蓄電池組11的輸出耦接在正總線20和負(fù)總線21之間。車輛負(fù)載22——例如用于驅(qū)動電動機(jī)的直流交流逆變器(DC-to-AC inverter)(其可以先于直流交流升壓轉(zhuǎn)換器
(DC-to-DC boost converter))-分別通過主接觸器開關(guān)23和24從總線20和21接收直流電源。預(yù)先充電開關(guān)25和預(yù)先充電電阻器26可以跨接在正接觸器開關(guān)23，這在本領(lǐng)域中是公知的。以本領(lǐng)域中公知的傳統(tǒng)的方式驅(qū)動接觸器開關(guān)。
[0014]蓄電池監(jiān)測IC 12包括多個輔助/熱敏電阻A/D輸入30，每個通過各自的熱敏電阻31a-33a耦接至負(fù)總線21和地線18。每個熱敏電阻通過各自的上拉電阻31b_33b耦接至基準(zhǔn)電壓。每個熱敏電阻31a_33a接近各自的蓄電池單元安裝以充當(dāng)溫度探針。每個各自的熱敏電阻電壓由蓄電池監(jiān)測IC 12轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值，該數(shù)字值連同各個單元電壓通過串行數(shù)據(jù)鏈路被發(fā)送到主微控制器或微處理器15以允許主微控制器或微處理器15監(jiān)測每個蓄電池單元的運(yùn)行。
[0015]主微控制器或微處理器15也監(jiān)測蓄電池組11傳送的總線20和21之間的總電壓是期望的。例如，總電壓用于監(jiān)測蓄電池組的放電。
[0016]在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，需要專用的電路系統(tǒng)測量總線20和21之間的總電壓。如圖1所示，耦接由光電耦合設(shè)備和控制輸入36組成的第一域交叉設(shè)備35以從主微控制器或微處理器15接收邏輯電平控制信號?；鶞?zhǔn)輸入37從電源38接收基準(zhǔn)電壓V。。。主微控制器或微處理器15降低輸入36至低邏輯電平，以便激活設(shè)備35中的光電二極管光源40，從而打開輸出晶體管41。
[0017]電阻器42耦接晶體管41的漏極至正總線20。連接晶體管41的源極(source)至電阻器43的一側(cè)，電阻器43的另一側(cè)耦接至在電池組11中點的中點基準(zhǔn)電壓44。進(jìn)一步連接晶體管41的源極至差分放大器53的同相輸入49。高壓域輔助電源47提供電源電壓Vhh至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和差分放大器53。通過光電耦合設(shè)備50和電阻器51可選擇地耦接差分放大器53的反相輸入52至負(fù)總線21。連接差分放大器53的輸出至ADC 46的轉(zhuǎn)換輸入45。反饋電阻器54稱接差分放大器53的輸出至輸入52。
[0018]為了開始蓄電池組電壓測量，主微控制器或微處理器15激活域交叉設(shè)備35和50。同相輸入49根據(jù)由電阻器42和43形成的分壓器接收中點電壓44和來自總線20的正電壓之間的