專(zhuān)利名稱(chēng)：電池系統(tǒng)和用于監(jiān)測(cè)至少一個(gè)充電電池的充電狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)充電電池的電池系統(tǒng)，該充電電池具有多個(gè)蓄能器模塊。此外本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)在電池系統(tǒng)內(nèi)部的至少一個(gè)充電電池的充電狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
在DE 698 23 204 T2中公開(kāi)了一種容錯(cuò)的電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)應(yīng)用了電池之間的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在此，電池系統(tǒng)具有多個(gè)串聯(lián)的蓄能器模塊，其中每個(gè)模塊分別具有多個(gè)蓄能器單元。此外，該網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)監(jiān)控單元，其中多個(gè)監(jiān)控單元中的每個(gè)和一個(gè)蓄能器模塊相連接。此外設(shè)有一臺(tái)主機(jī)，它使監(jiān)控單元彼此連接，其中主機(jī)監(jiān)測(cè)和控制蓄能器模塊。這種模塊硬件方案是一種主機(jī)-輔機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)，其在許多方面，特別是在充電電池的充電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方面是不利的。在此不利的是，始終需要上一級(jí)的主機(jī)、特別是用于運(yùn)行電池系統(tǒng)的電池控制器。這意味著，每個(gè)電池的單個(gè)的能源儲(chǔ)存模塊都必須帶有一個(gè)主機(jī)控制器。否則不足以與現(xiàn)有的電池系統(tǒng)充分兼容。此外證明了，當(dāng)傳統(tǒng)的蓄能器模塊在沒(méi)有相應(yīng)的智能時(shí)并聯(lián)或串聯(lián)于大的系統(tǒng)時(shí)，不能確保電池系統(tǒng)的安全運(yùn)行。特別是蓄能器模塊的以及單電池的比較是有問(wèn)題的，并且由不同的系統(tǒng)電壓能引起高的補(bǔ)償電流，該補(bǔ)償電流會(huì)對(duì)在各個(gè)蓄能器模塊的內(nèi)部安裝的電池造成不可修復(fù)的損害。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，避免上述的缺點(diǎn)，特別是提供一種電池系統(tǒng)和一種用于監(jiān)測(cè)充電電池的充電狀態(tài)的方法，特別是實(shí)現(xiàn)充電電池的一種安全并且簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)。
該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的所有的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中描述了根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)的可能的實(shí)施方式。
根據(jù)本發(fā)明，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有至少一個(gè)充電電池，該充電電池具有多個(gè)蓄能器模塊；以及監(jiān)控單元，其中每個(gè)蓄能器模塊具有一個(gè)監(jiān)控單元。此外，設(shè)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控單元利用該網(wǎng)絡(luò)彼此之間這樣連接，即監(jiān)控單元在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部形成主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是，所有的蓄能器模塊通過(guò)其各自的監(jiān)控單元，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)相連接，并且不需要上一級(jí)的監(jiān)控單元。因此，在沒(méi)有充電狀態(tài)的先前的平衡的情況下以簡(jiǎn)單的類(lèi)型和方式來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄能器模塊的準(zhǔn)確無(wú)誤的比較。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)單個(gè)的蓄能器模塊可以和幾乎任意一個(gè)電池系統(tǒng)連接。在根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控單元的主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)中，單個(gè)的蓄能器模塊的各自的充電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)通過(guò)蓄能器模塊自身來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此實(shí)現(xiàn)了單個(gè)的監(jiān)控單元彼此之間的直接通信。為此每個(gè)單個(gè)蓄能器模塊的每個(gè)監(jiān)控單元循環(huán)地發(fā)射相應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如充電狀態(tài)、電壓值等數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)上，該數(shù)據(jù)被現(xiàn)有的蓄能器模塊的每個(gè)監(jiān)控單元所采集。隨后，每個(gè)蓄能器模塊的監(jiān)控單元可以自己決定，總系統(tǒng)中的蓄能器模塊在電池充電或放電期間在何種程度時(shí)會(huì)接通或斷開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明可以提出，網(wǎng)絡(luò)具有總線(xiàn)系統(tǒng)，總線(xiàn)系統(tǒng)能由每個(gè)蓄能器模塊供給能量。和在其中僅僅主機(jī)監(jiān)控器單獨(dú)產(chǎn)生電壓的主機(jī)-輔機(jī)-架構(gòu)相比，在主機(jī)-主機(jī)-運(yùn)行中根據(jù)本發(fā)明每個(gè)單個(gè)蓄能器模塊能為總線(xiàn)系統(tǒng)供給相應(yīng)的電壓。
根據(jù)本發(fā)明可以提出，監(jiān)控單元具有微處理器和模擬前端電路，其中前端電路測(cè)量各個(gè)蓄能器模塊的至少一個(gè)下列的運(yùn)行參數(shù)電流、溫度、電壓，其中特別的是蓄能器模塊具有多個(gè)單電池，其中前端電路測(cè)量各個(gè)單電池的至少一個(gè)下列的運(yùn)行參數(shù)電流、溫度、電壓。根據(jù)這個(gè)測(cè)量的值或者多個(gè)測(cè)量的值，監(jiān)控單元能計(jì)算出各個(gè)蓄能器模塊的充電狀態(tài)(SOC)。同樣能從測(cè)量的運(yùn)行參數(shù)中計(jì)算出蓄能器模塊的損耗。隨后，監(jiān)控單元能將測(cè)定的和計(jì)算出的值通知給網(wǎng)絡(luò)以及在電池總系統(tǒng)內(nèi)部的所有其它的監(jiān)控單元。監(jiān)控單元能通過(guò)相應(yīng)的邏輯電路決定，其蓄能器模塊在充電電池充電或者放電期間在何種程度時(shí)應(yīng)接通或斷開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)在電池系統(tǒng)內(nèi)部可以這樣設(shè)計(jì)，即每個(gè)蓄能器模塊與相同的電池的和/或另一個(gè)電池的每個(gè)其它的蓄能器模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以為每個(gè)監(jiān)控單元設(shè)有一個(gè)電路，該電路確保從各個(gè)蓄能器模塊到總線(xiàn)系統(tǒng)的能量傳輸，特別的是該電路是DC-DC-轉(zhuǎn)換器，其形成到總線(xiàn)系統(tǒng)的接口。例如，能與其它蓄能器模塊在組中串聯(lián)和/或并聯(lián)的蓄能器模塊能為總線(xiàn)系統(tǒng)以及其它外部的組件供給電壓。此外，本發(fā)明可以為每個(gè)監(jiān)控單元包括一個(gè)發(fā)射-和接收單元， 該發(fā)射-和接收單元與總線(xiàn)系統(tǒng)和/或在電池或者電池系統(tǒng)內(nèi)部的組的蓄能器模塊相連接。通過(guò)例如可以是無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機(jī)的發(fā)射-和接收單元能在監(jiān)控單元之間交換真實(shí)的數(shù)據(jù)。
適宜地，存在每個(gè)蓄能器模塊的電流隔離的總線(xiàn)耦合，從而能為總線(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)生電絕緣的供給電壓。為了提高總系統(tǒng)的安全，可以設(shè)有冗余裝置，用于檢查前端電路的測(cè)量。 也就是說(shuō)，實(shí)施各個(gè)蓄能器模塊的、特別是蓄能器模塊的各個(gè)單電池的所述的運(yùn)行參數(shù)的分開(kāi)的第二次測(cè)量。該測(cè)量結(jié)果將被與前端電路的測(cè)量結(jié)果在監(jiān)控單元方面進(jìn)行比較。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)蓄能器模塊具有一個(gè)電子評(píng)估裝置和電子控制裝置，其實(shí)現(xiàn)了電池方面特別的功能，例如S0C/S0H的確定、安全斷電、單個(gè)電池的和蓄能器模塊的平衡等等。監(jiān)控單元可以設(shè)計(jì)具有這種電子控制裝置，例如在總的電池系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)于各個(gè)蓄能器模塊的初始化階段，其中確定電池系統(tǒng)中的蓄能器模塊的位置，并且根據(jù)蓄能器模塊以及電池的數(shù)量和特性，監(jiān)控單元自動(dòng)通知網(wǎng)絡(luò)，其蓄能器模塊在何種程度時(shí)接入剩余的蓄能器模塊的組中或從該組中斷開(kāi)。
有利的是，蓄能器模塊可更換地布置在電池中。電池例如可以涉及鋰離子電池，其中單個(gè)的能源儲(chǔ)存模塊是可更換的。當(dāng)例如一個(gè)模塊是有缺陷的時(shí)候，例如其不能達(dá)到所希望的充電狀態(tài)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是，該蓄能器模塊可以用可正常工作的模塊替換。例如可以設(shè)計(jì)為，該電池具有通信工具，該通信工具指出損壞的蓄能器模塊。該通信工具可以集成在監(jiān)控單元中。有利地通過(guò)無(wú)線(xiàn)電進(jìn)行通信工具的通信。
在一種對(duì)本發(fā)明改進(jìn)的方法中提出，該監(jiān)控單元具有安全斷開(kāi)裝置，通過(guò)安全斷開(kāi)裝置，與其它蓄能器模塊在組中串聯(lián)和/或并聯(lián)的蓄能器模塊能接入組中或從該組中斷開(kāi)。如果例如一個(gè)或多個(gè)蓄能器模塊不具有電池的完整的組的所希望的充電狀態(tài)時(shí)，該安全斷開(kāi)裝置可以確保，使“不平衡的”蓄能器模塊從組中斷開(kāi)。根據(jù)儲(chǔ)存邏輯，該安全斷開(kāi)裝置當(dāng)然可以確保使得單個(gè)的蓄能器模塊再次返回接入組中。
本發(fā)明還可以提出，每個(gè)監(jiān)控單元具有用于單電池-平衡的電路。除前面所描述的模塊間-平衡(Intermodul-Symmetrierung)之外，其中在電池充電或者放電期間，ー個(gè)或多個(gè)蓄能器模塊根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗，通過(guò)安全斷開(kāi)裝置接通至電池或從電池?cái)嚅_(kāi)，還可以在各個(gè)蓄能器模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)單電池-平衡。在單電池-平衡中隨后進(jìn)行在蓄能器模塊內(nèi)部的單電池的平衡，在其中例如一個(gè)或多個(gè)單電池在蓄能器模塊內(nèi)部斷開(kāi)。在此，單電池-平衡可以用ー種智能的無(wú)源的方法實(shí)現(xiàn)。此外，該目的通過(guò)方法獨(dú)立權(quán)利要求的總的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。在方法從屬方法要求中公開(kāi)了有利的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明提出ー種用于監(jiān)測(cè)在電池系統(tǒng)內(nèi)部的至少ー個(gè)充電電池的充電狀態(tài)的方法，該電池系統(tǒng)具有多個(gè)包含在電池中的蓄能器模塊；監(jiān)控単元，其中每個(gè)蓄能器模塊具有一個(gè)監(jiān)控単元；和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控単元利用網(wǎng)絡(luò)彼此之間這樣連接，即監(jiān)控単元在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)中進(jìn)行通信。適宜地，監(jiān)控單元可以讀取蓄能器模塊的、特別是蓄能器模塊的每個(gè)單電池的至少ー個(gè)運(yùn)行參數(shù)，由運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出蓄能器模塊的、特別是單電池的充電狀態(tài)和/或損耗。 讀取在此通過(guò)前端電路進(jìn)行。如果需要更換蓄能器模塊，則ー個(gè)新插入的蓄能器模塊在初始化階段登陸到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中在初始化階段期間，蓄能器模塊確定其在電池系統(tǒng)和/或在電池中的位置。同時(shí)該位置能被通知給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。有利地可以設(shè)有模塊間-平衡，其中在電池的充電或放電期間，蓄能器模塊根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗，通過(guò)安全斷開(kāi)裝置接通至電池或從這個(gè)電池?cái)嚅_(kāi)。附加地/或者可替換地可以設(shè)有單電池-平衡，其中在電池的充電或放電期間，每個(gè)單電池能根據(jù)其運(yùn)行參數(shù)接通至其蓄能器模塊或從蓄能器模塊斷開(kāi)。根據(jù)應(yīng)用情況，模塊間_平衡和單電池-平衡可以至少部分并行地和/或連續(xù)地進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法的ー個(gè)特征是，該網(wǎng)絡(luò)具有總線(xiàn)系統(tǒng)，其中蓄能器模塊根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗為總線(xiàn)系統(tǒng)供給能量，其中同時(shí)蓄能器模塊能接通至電池或從電池?cái)嚅_(kāi)。這意味著，安全斷開(kāi)裝置雖然可以使電池的所有蓄能器模塊的組中的一個(gè)或者多個(gè)蓄能器模塊斷開(kāi)，然而各個(gè)斷開(kāi)的蓄能器模塊的監(jiān)控單元可以決定，斷開(kāi)的蓄能器模塊繼續(xù)供給給總線(xiàn)系統(tǒng)多少能量。根據(jù)本發(fā)明，可以設(shè)有相關(guān)于運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗的下閾值和/ 或上閾值，其中，如果在電池的充電或放電期間達(dá)到閾值中的一個(gè)，則監(jiān)控單元使蓄能器模塊從電池?cái)嚅_(kāi)。同樣可能的是，在電池放電時(shí)，具有大約相同的、同時(shí)具有在電池內(nèi)部的所有蓄能器模塊的最大值的充電狀態(tài)(偏差< 5% -10% )的蓄能器模塊接通至電池，并且剩余的蓄能器模塊從電池?cái)嚅_(kāi)。此外根據(jù)本發(fā)明的方法可以設(shè)計(jì)為，在電池充電時(shí)，具有大約相同的、同時(shí)具有在電池內(nèi)部的所有蓄能器模塊的最小值的充電狀態(tài)(偏差< 5% -10% ) 的蓄能器模塊接通至電池，并且剩余的蓄能器模塊從電池?cái)嚅_(kāi)。


本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)由下列的說(shuō)明得出，其中根據(jù)附圖描述本發(fā)明的更接近的實(shí)施例。在權(quán)利要求和在說(shuō)明書(shū)中所述的特征可以分別單獨(dú)自身地或以任意組合的形式對(duì)本發(fā)明是必不可少的。圖中示出圖1示出帶有充電電池的電池系統(tǒng)的剖面圖，充電電池具有多個(gè)蓄能器模塊，這些蓄能器模塊與一個(gè)總線(xiàn)系統(tǒng)相連接，圖2示出電池的蓄能器模塊的組的ー個(gè)可能的實(shí)施例，圖3示出蓄能器模塊的另ー個(gè)視圖，這些蓄能器模塊與一個(gè)總線(xiàn)系統(tǒng)相連接，圖4示出充電電池的蓄能器模塊的組的另ー個(gè)視圖，圖5示出帶有與總線(xiàn)系統(tǒng)連接的監(jiān)控單元的蓄能器模塊的另ー個(gè)實(shí)施例，圖6示出模塊間-平衡的ー個(gè)實(shí)施變體，和圖7示出ー種可能的方法的簡(jiǎn)單視圖，該方法用于檢測(cè)，電池的蓄能器模塊在何種程度時(shí)接通至它的電池并聯(lián)布置。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出了電池系統(tǒng)的ー個(gè)區(qū)域，該區(qū)域包括至少ー個(gè)充電電池10。電池10 具有多個(gè)布置在組中的蓄能器模塊11。蓄能器模塊11可以與其它蓄能器模塊11串聯(lián)和/ 或并聯(lián)。蓄能器模塊11可以基于蓄能器-設(shè)備技木，如金屬氫化物-(例如Ni-MH)，鋰離子-和鋰-聚合物-電池-技木。每個(gè)蓄能器模塊11. 1，11. 2具有一個(gè)監(jiān)控単元12，其中監(jiān)控單元12在網(wǎng)絡(luò)20中彼此連接，所以能實(shí)現(xiàn)在充電電池10的蓄能器模塊11. 1，11. 2之間的通信。根據(jù)本發(fā)明，監(jiān)控單元12根據(jù)圖1到圖7在網(wǎng)絡(luò)20內(nèi)部的主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)中彼此連接。每個(gè)蓄能器模塊11. 1，11. 2的每個(gè)監(jiān)控單元12具有一個(gè)電路22，其確保從各個(gè)蓄能器模塊11. 1，11. 2到網(wǎng)絡(luò)20的總線(xiàn)系統(tǒng)21的能量傳輸。在這個(gè)實(shí)施例中，電路22是 DC-DC轉(zhuǎn)換器22，其同時(shí)具有在總線(xiàn)系統(tǒng)21和蓄能器模塊11. 1，11. 2之間的絕緣。通過(guò) Iso-DC-DC-轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了從各個(gè)蓄能器模塊11到總線(xiàn)系統(tǒng)21的能量傳輸。此外設(shè)有發(fā)射-和接收單元23，其用于在各個(gè)蓄能器模塊11和總線(xiàn)系統(tǒng)21之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該發(fā)射-和接收單元23同樣具有絕緣，所以蓄能器模塊11相對(duì)于總線(xiàn)系統(tǒng)21電流隔離。在圖2中示例性地有六個(gè)蓄能器模塊11在組中串聯(lián)以及并聯(lián)。監(jiān)控單元在主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)部，在網(wǎng)絡(luò)里連接，該系統(tǒng)架構(gòu)的特殊的優(yōu)點(diǎn)是，在沒(méi)有上一級(jí)的控制裝置的情況下，在單個(gè)的蓄能器模塊之間能有效率地實(shí)現(xiàn)電池管理。通過(guò)相應(yīng)的邏輯電路，在每個(gè)蓄能器模塊11內(nèi)部的監(jiān)控單元在此可以自己決定，各個(gè)蓄能器模塊在電池10放電和/或充電時(shí)應(yīng)該在何種程度時(shí)接入或者從蓄能器模塊11的組中斷開(kāi)。因此在沒(méi)有充電狀態(tài)的先前的平衡的情況下可以獲得蓄能器模塊的準(zhǔn)確的比較。在圖2中示例性地示出，模塊11. 1以及11. 5具有最高的充電狀態(tài)(SOC)。每個(gè)蓄能器模塊11. 1到11. 6的所有的監(jiān)控單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)20傳輸充電狀態(tài)。一個(gè)存儲(chǔ)的邏輯電路現(xiàn)在可以設(shè)計(jì)為，僅僅是模塊 11. 1和11. 5為總線(xiàn)系統(tǒng)21供給能量。同時(shí)，剩下的模塊11. 2，11. 3，11. 4，11. 6停止總線(xiàn)系統(tǒng)21的電壓供給。因?yàn)槟K11. 1和11. 5此時(shí)承載主要負(fù)荷，所以減少它的充電狀態(tài)并運(yùn)行模塊間-平衡。當(dāng)現(xiàn)在模塊11. 1和11. 5達(dá)到50%的充電狀態(tài)時(shí)，邏輯電路例如可以這樣編程，即應(yīng)用模塊11. 1，11. 2，11. 3和11. 5用于為總線(xiàn)系統(tǒng)21供給電壓。在圖3中示意性地示出蓄能器模塊11. 1，11. 2上的組，這些蓄能器模塊可以串聯(lián)地和/或并聯(lián)地彼此連接。在此，多個(gè)蓄能器模塊(數(shù)量大于幻是可以考慮的。模塊11 與總線(xiàn)系統(tǒng)21連接，其中能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)20、特別是總線(xiàn)系統(tǒng)21在每個(gè)蓄能器模塊11的監(jiān)控単元之間交換各種不同的信息。在此可以考慮的是，監(jiān)控單元確定每個(gè)蓄能器模塊11的運(yùn)行參數(shù)并通知給網(wǎng)絡(luò)20，其中運(yùn)行參數(shù)可以是例如模塊電流、溫度、模塊電壓或者充電狀態(tài) (S0C/S0H)。在圖4中示意性地示出在蓄能器模塊11. 1到11. 9上的組，這些蓄能器模塊既彼此并聯(lián)又彼此串聯(lián)。在這種情況下電池10處于放電過(guò)程中。除了模塊11.4具有50%的充電狀態(tài)之外，剩下的蓄能器模塊11. 1到11. 3以及11. 5到11. 9具有90%的充電狀態(tài)。在每個(gè)蓄能器模塊11的監(jiān)控單元通知給電池10所有的蓄能器模塊11它的運(yùn)行參數(shù)、特別是充電狀態(tài)之后，模塊11. 4的監(jiān)控單元可以決定，基于它的低的充電狀態(tài)，其從蓄能器模塊11 的組中斷開(kāi)。然而可能的是，模塊11. 4繼續(xù)給總線(xiàn)系統(tǒng)21供給能量。在已有的情況中，模塊11. 4的以及總的電池系統(tǒng)的監(jiān)控單元的邏輯電路決定了，即總線(xiàn)系統(tǒng)21的能量供給不是通過(guò)模塊11. 4維持的。只有當(dāng)模塊11. 1到11. 3以及11. 5到11. 9達(dá)到50%的充電狀態(tài)時(shí)，模塊11. 4的監(jiān)控單元才決定，即模塊11. 4被接入所有蓄能器模塊11的組中。這里以ー種簡(jiǎn)化的方式示出電池內(nèi)部的模塊間-平衡，其中在電池10的充電或放電期間，ー個(gè)或多個(gè)蓄能器模塊11能根據(jù)運(yùn)行參數(shù)、特別是充電狀態(tài)接通至電池10或從電池10斷開(kāi)。 這種接通或者斷開(kāi)可以例如通過(guò)示意性地在圖4以及圖5中示出的安全斷開(kāi)裝置17來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖5中示意性地示出了蓄能器模塊11，其具備監(jiān)控単元12。該監(jiān)控単元12具有微處理器/微控制器14，其與模擬前端電路15連接。該模擬前端電路15和蓄能器模塊 11的多個(gè)單電池16相連接，并且可以測(cè)量各個(gè)單電池16的下列的運(yùn)行參數(shù)電流、溫度、 電壓等等。根據(jù)所測(cè)量的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控單元12例如計(jì)算出蓄能器模塊11的充電狀態(tài)。此外設(shè)有冗余裝置24，用于檢查前端電路15的測(cè)量。該冗余裝置M同樣通知給監(jiān)控単元12的微處理器14檢查測(cè)量結(jié)果。如已經(jīng)在圖1中描述的，監(jiān)控單元12通過(guò) DC-DC-轉(zhuǎn)換器22以及發(fā)射-接收單元23與總線(xiàn)系統(tǒng)21相連接。在DC-DC-轉(zhuǎn)換器22中， 絕緣在元件中已經(jīng)是集成的(ISO-DC-DC)。在發(fā)射-接收單元23和總線(xiàn)系統(tǒng)21之間的絕緣是通過(guò)ー個(gè)単獨(dú)的絕緣元件25實(shí)現(xiàn)的。在部件22，23和總線(xiàn)系統(tǒng)21之間有ー個(gè)連接器 26，其確保了相應(yīng)的連接。此外，通過(guò)部件27進(jìn)行電流測(cè)量，其施加在蓄能器模塊11內(nèi)部，其中將相應(yīng)的值通知給監(jiān)控単元12的微控制器14。如果監(jiān)控単元12的邏輯電路規(guī)定將蓄能器模塊11接入電池18內(nèi)部的所有蓄能器模塊11的組中或從該組中斷開(kāi)，則這種情況通過(guò)安全斷開(kāi)裝置17來(lái)實(shí)現(xiàn)。與安全斷開(kāi)裝置17的激活或者關(guān)閉無(wú)關(guān)的是，監(jiān)控単元12可以決定，以何種程度在蓄能器模塊11方面供給能量給總線(xiàn)系統(tǒng)21。部件觀(guān)示意性地表示了用于對(duì)電路 22進(jìn)行供給的能源。此外設(shè)有硬件保險(xiǎn)裝置四，其中在與監(jiān)控單元12無(wú)關(guān)的情況下，能實(shí)現(xiàn)蓄能器模塊11與所有其它的蓄能器模塊11的組的隔離。在這種情況下，總的蓄能器模塊11的更換可能是必要的。除已經(jīng)描述的模塊間-平衡(見(jiàn)例如圖2和圖4)之外，也可以考慮蓄能器模塊11 內(nèi)部的單電池-平衡。為此設(shè)有電路18，其例如可以根據(jù)ー種智能的無(wú)源的方法實(shí)施例如電池平衡。根據(jù)單電池16的已有的運(yùn)行參數(shù)，該電路18例如可以使ー個(gè)或多個(gè)單電池16接入蓄能器模塊11的所有單電池16的組中或從該組中斷開(kāi)，以便在限定的時(shí)間之后實(shí)現(xiàn)所有單電池16的運(yùn)行參數(shù)的平衡。根據(jù)圖5中示出的實(shí)施例，安全斷開(kāi)裝置17具有用于隔離蓄能器模塊11的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在圖6中示意性地示出，如在ー個(gè)可能的實(shí)施例中，圖1到5的監(jiān)控單元12可以和網(wǎng)絡(luò)20以及和電池10的所有其它的蓄能器模塊11的監(jiān)控單元12進(jìn)行通信。在第一步驟中，實(shí)現(xiàn)了在蓄能器模塊內(nèi)部的模塊電壓方面的測(cè)量值檢測(cè)，其通過(guò)前端電路實(shí)施。隨后， 監(jiān)控單元12計(jì)算出充電狀態(tài)(SOC)。隨后實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控單元12在電池10的組內(nèi)部的通信， 這由此實(shí)現(xiàn)，即將充電狀態(tài)的值發(fā)射給所有的監(jiān)控單元12，其中同時(shí)各個(gè)監(jiān)控單元12接收在電池10內(nèi)部的所有蓄能器模塊11的充電狀態(tài)方面的值。該發(fā)射和接收是通過(guò)根據(jù)圖1 和圖5中的發(fā)射-和接收單元23來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在下一歩驟中評(píng)估每個(gè)蓄能器模塊11的監(jiān)控単元12，在何種程度時(shí)它具有與總系統(tǒng)有關(guān)的可能的高值和低值。相應(yīng)于邏輯電路進(jìn)行詢(xún)問(wèn)，即蓄能器模塊11的自身的斷開(kāi)是否可能或者是否有意義。如果斷開(kāi)不可能實(shí)現(xiàn)，則此方法將再次從前面開(kāi)始，這意味著帶有測(cè)量值檢測(cè)、通信和評(píng)估。然而如果可能實(shí)現(xiàn)斷開(kāi)， 則通過(guò)根據(jù)圖5中的安全斷開(kāi)裝置17，蓄能器模塊11被從所有的蓄能器模塊11的組中斷開(kāi)。隨后會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)通信，這通過(guò)檢測(cè)有多少蓄能器模塊11例如并聯(lián)斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可能出現(xiàn)的反應(yīng)是，在一定的等候時(shí)間之后監(jiān)控單元12再次接通蓄能器模塊11。在圖7中用簡(jiǎn)圖的形式說(shuō)明ー種接通并聯(lián)的蓄能器模塊的方法。有問(wèn)題的模塊在初始狀態(tài)中和電池?cái)嚅_(kāi)。在系統(tǒng)通信的順序中，首先可以通過(guò)上述的方法確定各個(gè)模塊的充電狀態(tài)，其中同時(shí)監(jiān)控單元發(fā)射相應(yīng)的參數(shù)或者充電狀態(tài)到網(wǎng)絡(luò)，特別是到所有的監(jiān)控単元。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在電池的組內(nèi)的剰余的監(jiān)控單元的運(yùn)行參數(shù)的接收。此外，各個(gè)監(jiān)控單元在電池的組內(nèi)從它的相鄰的蓄能器模塊接收值，如電壓、溫度、電流等等。在下面的步驟中檢查，是否ー個(gè)安全的接通是可能的。監(jiān)控單元可以這樣進(jìn)行，即當(dāng)所有蓄能器模塊的充電狀態(tài)的平均值的偏差小于5%時(shí)各個(gè)監(jiān)控單元決定了，它的蓄能器模塊可以接入蓄能器模塊的組中。當(dāng)該偏差大于5%時(shí)，則不能實(shí)現(xiàn)接通。如果各個(gè)蓄能器模塊的補(bǔ)償電流處于一個(gè)容許的極限值之上，監(jiān)控單元決定了，斷開(kāi)隨后落入睡眠-摸式中的蓄能器模塊。如果補(bǔ)償電流處在容許的極限值之下，則蓄能器模塊保持在所有蓄能器模塊的組內(nèi)。參考標(biāo)號(hào)表
10電池
11蓄能器模塊
11.1蓄能器模塊
11.2蓄能器模塊
11.3蓄能器模塊
11.4蓄能器模塊
11.5蓄能器模塊
11.6蓄能器模塊
11.7蓄能器模塊
11.8蓄能器模塊
11.9蓄能器模塊
10
12監(jiān)控單元13通信工具14微處理器15前端電路16單電池17安全斷開(kāi)裝置18電路(單電池-平衡)20網(wǎng)絡(luò)21總線(xiàn)系統(tǒng)22電路，DC-DC-轉(zhuǎn)換器23發(fā)射-和接收單元，無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機(jī)24冗余裝置25絕緣元件26連接器27部件28部件，源29硬件保險(xiǎn)裝置
權(quán)利要求
1.一種電池系統(tǒng)，具有至少一個(gè)充電電池(10)，所述充電電池具有多個(gè)蓄能器模塊(11)，監(jiān)控單元(12)，其中每個(gè)蓄能器模塊(11)具有一個(gè)監(jiān)控單元(12)，和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(20)，所述監(jiān)控單元(1 利用所述網(wǎng)絡(luò)彼此之間這樣連接，即所述監(jiān)控單元 (12)在所述網(wǎng)絡(luò)00)內(nèi)部形成主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)00)具有總線(xiàn)系統(tǒng)(21)， 所述總線(xiàn)系統(tǒng)能由每個(gè)蓄能器模塊(11)供給能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控單元(12)具有微處理器和模擬前端電路(15)，其中所述前端電路(1 測(cè)量各個(gè)蓄能器模塊(11)的至少一個(gè)下列的運(yùn)行參數(shù)電流、溫度、電壓，其中特別的是所述蓄能器模塊(11)具有多個(gè)單電池 (16)，其中所述前端電路(15)測(cè)量各個(gè)單電池(16)的至少一個(gè)下列的運(yùn)行參數(shù)電流、溫度、電壓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)蓄能器模塊(11)與相同的電池(10)的和/或另一個(gè)電池(10)的每個(gè)其它的蓄能器模塊(11)通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò) (20)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，為每個(gè)監(jiān)控單元(12)設(shè)有一個(gè)電路(22)，所述電路確保從各個(gè)蓄能器模塊(11)到所述總線(xiàn)系統(tǒng)的能量傳輸， 特別的是所述電路02)是DC-DC-轉(zhuǎn)換器(22)，所述轉(zhuǎn)換器形成到所述總線(xiàn)系統(tǒng)的接
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有冗余裝置(M)，用于檢查所述前端電路(1 的測(cè)量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控單元(1 具有評(píng)估單元和電子控制裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄能器模塊(11)可更換地布置在所述電池(10)中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電池(10)具有通信工具(13)，所述通信工具指出損壞的蓄能器模塊(11)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控單元(12)具有安全斷開(kāi)裝置(17)，通過(guò)所述安全斷開(kāi)裝置，與其它蓄能器模塊(11)在組中串聯(lián)和/或并聯(lián)的所述蓄能器模塊(11)能接入所述組中或從所述組中斷開(kāi)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，為每個(gè)監(jiān)控單元(12) 設(shè)有一個(gè)發(fā)射-和接收單元(23)，所述發(fā)射-和接收單元與所述總線(xiàn)系統(tǒng)和/或所述組的所述蓄能器模塊(11)相連接。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射-和接收單元 (23)和/或所述電路02)相對(duì)于所述總線(xiàn)系統(tǒng)電流隔離。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)監(jiān)控單元(12)具有一個(gè)用于單電池-平衡的電路(18)。
14.一種用于監(jiān)測(cè)在電池系統(tǒng)內(nèi)部的至少一個(gè)充電電池(10)的充電狀態(tài)的方法，所述電池系統(tǒng)具有多個(gè)包含在所述電池(10)中的蓄能器模塊(11)，監(jiān)控單元(12)，其中每個(gè)蓄能器模塊(11)具有一個(gè)監(jiān)控單元(12)，和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(20)，所述監(jiān)控單元(1 利用所述網(wǎng)絡(luò)彼此之間這樣連接，即所述監(jiān)控單元 (12)在所述網(wǎng)絡(luò)00)內(nèi)部的主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)中進(jìn)行通信。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)控單元(1 讀取所述蓄能器模塊(11)的、特別是所述蓄能器模塊(11)的每個(gè)單電池(16)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，由所述運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出所述蓄能器模塊(11)的、特別是所述單電池(16)的充電狀態(tài)和/或損耗。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，在初始化階段期間，所述蓄能器模塊(11)確定所述蓄能器模塊在所述電池系統(tǒng)和/或在所述電池(10)中的位置。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，設(shè)有模塊間-平衡，其中在所述電池(10)充電或放電期間，所述蓄能器模塊(11)根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗，通過(guò)安全斷開(kāi)裝置(17)接通至所述電池(10)或從所述電池(10)斷開(kāi)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，設(shè)有單電池-平衡，其中在所述電池(10)的充電或者放電期間，每個(gè)單電池(16)能根據(jù)所述單電池的運(yùn)行參數(shù)接通至其蓄能器模塊(11)或從所述蓄能器模塊斷開(kāi)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述模塊間-平衡和所述單電池-平衡至少部分并行地和/或連續(xù)地進(jìn)行。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述蓄能器模塊(11)之間的通信通過(guò)廣播進(jìn)行。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)00)具有總線(xiàn)系統(tǒng)(21)，其中所述蓄能器模塊(11)根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗為所述總線(xiàn)系統(tǒng)供給能量，其中同時(shí)所述蓄能器模塊(11)能接通至所述電池(10)或從所述電池(10)斷開(kāi)。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，設(shè)有相關(guān)于所述運(yùn)行參數(shù)和 /或充電狀態(tài)和/或損耗的下閾值和/或上閾值，其中，如果在所述電池(10)的充電或放電期間達(dá)到所述閾值中的一個(gè)，則所述監(jiān)控單元(1 使所述蓄能器模塊(11)從所述電池 (10)斷開(kāi)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述電池(10)放電時(shí)，具有大約相同的、同時(shí)具有在所述電池內(nèi)部的所有蓄能器模塊(11)的最大值的充電狀態(tài)的蓄能器模塊(11)接通至所述電池(10)，并且剩余的蓄能器模塊(11)從所述電池(10)斷開(kāi)。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述電池(10)充電時(shí)，具有大約相同的、同時(shí)具有在所述電池(10)內(nèi)部的所有蓄能器模塊(11)的最小值的充電狀態(tài)的蓄能器模塊(11)接通至所述電池(10)，并且剩余的蓄能器模塊(11)從所述電池(10) 斷開(kāi)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)控單元(1 具有安全斷開(kāi)裝置(17)，所述安全斷開(kāi)裝置在限定的運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗的情況下，使所述蓄能器模塊(11)從所述電池(10)斷開(kāi)。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每個(gè)監(jiān)控單元(1 循環(huán)地將測(cè)定的運(yùn)行參數(shù)和/或充電狀態(tài)和/或損耗傳輸給所述網(wǎng)絡(luò)00)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的電池系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)，具有至少一個(gè)充電電池(10)，該充電電池具有多個(gè)蓄能器模塊(11)；監(jiān)控單元(12)，其中每個(gè)蓄能器模塊(11)具有一個(gè)監(jiān)控單元(12)；和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(20)，監(jiān)控單元(12)利用該網(wǎng)絡(luò)彼此之間這樣連接，即監(jiān)控單元(12)在網(wǎng)絡(luò)(20)內(nèi)部形成主機(jī)-主機(jī)-系統(tǒng)架構(gòu)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102545306SQ20111034255
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者斯特凡·賴(lài)因霍爾德, 格哈德·萊曼, 澤倫·特蘭托, 諾曼·溫克勒 申請(qǐng)人:荷貝克先進(jìn)的電池技術(shù)