專利名稱：電池單元監(jiān)視的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池單元以及制造和操作電池單元的方法。本發(fā)明尤其涉及供 在用于監(jiān)視和/或控制一組電池單元,例如一組蓄電池的系統(tǒng)中使用的信令系統(tǒng) 和方法。
背景技術：
本技術領域中已知在一套串聯(lián)連接的蓄電池或串聯(lián)連接的成群蓄電池中 個體蓄電池元件或成群蓄電池元件的監(jiān)視。
US 6,891，352描述了一種用于控制串聯(lián)連接的蓄電池模塊的蓄電池設備， 該蓄電池設備用于電動車或混合電動車。所謂的較低階控制裝置控制具有多個 串聯(lián)連接的蓄電池單元的蓄電池模塊。數(shù)據(jù)在較低階控制裝置與向這些較低階 控制裝置給出指令的所謂高階控制裝置之間被交換。
較低階控制裝置從其監(jiān)視的蓄電池模塊汲取電力。數(shù)據(jù)通過菊花鏈從高階 控制裝置傳送至任何較低階控制裝置第一個較低階控制裝置通過光絕緣體 (又稱為光電耦合器或光隔離器)從高階控制裝置接收數(shù)據(jù)。所接收的消息可 以被中繼至第二個較低階控制裝置而無需使用光絕緣體，該第二個較低階控制 裝置進而可將該消息中繼至第三個較低階控制裝置，以此類推。各較低階控制 裝置在不同的電壓上工作，當從一個較低階控制裝置向另一個較低階控制裝置 傳送數(shù)據(jù)時可能會出現(xiàn)問題。為了在不使用光絕緣體來將兩個連續(xù)的較低階控 制裝置絕緣的情況下克服該問題，在US 6,891,352中用于連接兩個相鄰的較低 階控制裝置的配置依靠在所述兩個相鄰的較低階控制裝置之間建立電流回路。 在US 6,891,352的圖1上可見的菊花鏈式連接上，通信從最上面的低階控制裝 置1C-1向最下面的低階控制裝置IC-3進行。裝置IC-1將電流從VDD供給至 輸出Out-l。裝置IC-2將在其輸入IC-1處接收此電流。輸出Out-l處的電壓擺動是由裝置IC-1中的組件和裝置IC-1中的組件定義的。這兩個不同裝置之間 的組件的匹配將決定信號振幅。用作保護的二極管起到整流器的作用，并影響
裝置的EMC性能。這類實現(xiàn)在嚴酷的機動車環(huán)境中是所不合需求的。
在蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)中，每一蓄電池模塊經(jīng)歷相同的電負載是很重要的。為 每一蓄電池模塊保持相同的條件以使得沒有哪個蓄電池模塊將比其它蓄電池 模塊放電更快是很重要的。在US 6,891,352專利中并非如此。實際上，為控制 裝置IC-1供電的最上面的蓄電池模塊(VB1、 VB2、 VB3、 VB4)具有光電耦合 器F1、 F2、 F3及相關聯(lián)的上拉電阻器RF1、 RF2、 RF3的形式的額外負載。 蓄電池模塊(VB5、 VB6、 VB7、 VB8)僅由控制裝置IC-2加負載，而最下面 的電池模塊(VB9、 VBIO、 VBll、 VB12)由控制裝置IC-3以及由光電耦合器 F4、 F5、 F6加負載。這一問題將由本發(fā)明解決。
WO 00/05596描述一種用于監(jiān)視多個串聯(lián)連接的蓄電池單元的蓄電池監(jiān) 視設備。該蓄電池監(jiān)視設備包括中央蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)，用于將各串聯(lián)連接的 蓄電池單元作為整體監(jiān)視；多個單元監(jiān)視裝置，用于監(jiān)視一個或多個蓄電池單 元；以及通信鏈路，用于將以菊花鏈配置中的單元監(jiān)視裝置連接至中央蓄電池 監(jiān)視系統(tǒng)。如在US 6,891,352中，每一個所述單元監(jiān)視裝置由其監(jiān)視的蓄電池 單元供電，并且因此兩個監(jiān)視裝置通常將在不同的電壓上工作。令VCC1是第 一監(jiān)視裝置的正電源電壓，且GND1是該第一監(jiān)視裝置的負電源電壓。令VCC2 是與所述第一監(jiān)視裝置相鄰的第二監(jiān)視裝置的正電壓源，且GND2是該第二監(jiān)
視裝置的負電源電壓。這些監(jiān)視裝置的供電是"堆疊式的"，即 VCC1>GND1=VCC2>GND2。第一和第二監(jiān)視裝置在不同電壓電平上工作。當 電壓差變得重要時，不用光絕緣體要將消息從第一監(jiān)視裝置傳送至第二監(jiān)視裝 置可能會變得不可能。為了不必使用光絕緣體(或是任何其它在確保流電絕緣 的同時允許數(shù)據(jù)傳送的組件)，WO 00/05596提出使用電平移位器在兩個相鄰 的監(jiān)視裝置之間傳送消息。對于下行鏈路消息，即由第一監(jiān)視裝置發(fā)送至在低 于第一監(jiān)視裝置的電勢上工作的第二監(jiān)視裝置的消息，第一監(jiān)視裝置中的微控 制器控制MOSFET Q的柵極。P-MOSFET Q的源極被連接到VCC1 ，即第一監(jiān) 視裝置的最高電源電壓，而P-MOSFET Q的漏極經(jīng)由三個串聯(lián)連接的電阻器Rl、 R2和R3連接到GND2，即第二監(jiān)視裝置的最低電源電壓。Rl被直接連 接到P-MOSFET Q的漏極，R3被直接連接到GND2，即第二監(jiān)視裝置的最低 電源電壓，并且R2將R1連接到R3。跨電阻器R3的電壓降由比較器COMP2 監(jiān)視，該比較器將所述電壓降與高于GND2但低于VCC2的基準電壓VREF2 (GND2<VREF2<VCC2)相比較。在操作中，當?shù)谝槐O(jiān)視裝置中的微控制器 在P-MOSFET Q的柵極上輸出0電壓(柵極與源極之間0電壓)，則不允許 電流從P-MOSFET Q的源電極流向漏電極，因此使VCC1與GND2之間的連 接開路?？珉娮杵鱎3的電壓降約為0伏特，并被施加于COMP2的第一輸入 以與VREF2相比較。COMP2由VCC2和GND2供電。
當?shù)谝槐O(jiān)視裝置中的微控制器在P-MOSFET Q的柵極上輸出電壓高(源 極和柵極之間高電壓)時，P-MOSFET Q被接通且電流從VCC1通過電阻器 R1、R2和R3流向第二單元監(jiān)視裝置的接地GND2。由此，電壓(VCC1 - GND2) x (R3) /(Rl+R2+R3)被施加于COMP2的第一輸入以與VREF2相比較。如 果VREF2的值在當P-MOSFET Q被接通與關斷時向比較器COM2的第一輸入 施加的兩個電壓電平之間，則比較器COMP2的輸出將是在第二監(jiān)視裝置的電 源電勢GND2與VCC2之間的電壓區(qū)間里變化的方波信號。因此，在向 P-MOSFET Q施加的信號的變化內(nèi)編碼的消息被從第一監(jiān)視裝置傳送至第二 監(jiān)視裝置。
我們看到在P-MOSFET Q的漏極處的電勢將在約VCC1 (當MOSFET Q 接通時)與GND2 (當MOSFET Q關斷時)之間變化。因此，MOSFET Q的 漏極和源極之間的電壓差將在0與(VCC1 -GND2)之間變化。VCC1和GND2 之間的電勢差將根據(jù)被監(jiān)視的蓄電池的類型以及由每一監(jiān)視裝置監(jiān)視的蓄電 池單元的數(shù)目而變化。它還將根據(jù)蓄電池元件的充電電平而變化。在實踐應用 中，VCC1與GND2之間的電勢差可以高于60伏特。在這些情形中，在同一 塊硅基片上集成微控制器和MOSFET Q取決于可用的集成技術可能變得很難 或甚至于不可能。因此，特別限制MOSFET Q的漏電極與源電極之間的電壓 差，并且一般化而言限制各監(jiān)視裝置之間的信息傳送中所涉及的任何其它晶體 管的漏電極與源電極之間的電壓差是有益的。
我們還看到，如果由第一監(jiān)視裝置中的微控制器向MOSFTQ的柵極施加 的信號在GND1與VCC1之間變化，則MOSFET Q的柵電極與源電極之間的 電勢差將至少等于V(GNDl)- V(GND2)。如果MOSFET Q是n型MOS且 V(GND1)- V(GND2)基本上高于MOSFET Q的閾值電壓，則將不可能關斷 MOSFET Q。電流將持續(xù)地流過MOSFET Q以及電阻器Rl、 R2和R3。因為 在任何給定技術中，MOSFET晶體管具有可以低于V(GND1) - V(GND2)的給 定閾值電壓，因此特別限制MOSFET Q的源電極的電勢變化，并且一般化地 限制各監(jiān)視裝置之間的信息傳送中所涉及的任何其它晶體管的源電極的電勢 變化以使得無論差值V(GND1) - V(GND2)是什么MOSFET Q均可被關斷將是 有益的。
監(jiān)視裝置的標識對于允許中央蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)檢測有缺陷的蓄電池單元 和/或有缺陷的監(jiān)視裝置來說是很重要的。雖然US 6,891,352和WO 00/05596 均認識到具有完全相同的較低階控制裝置/監(jiān)視裝置的益處，但它們未提出用于 標識監(jiān)視裝置的簡單、可靠、實用且高效的方法。例如在WO 00/05596中，各 單元監(jiān)視裝置通過使用搭載在該裝置中的DIP開關來預先設置其自己的標識 或地址。DIP開關不易被與微控制器和MOSFET Q集成在同一塊硅基片上。 DIP開關也可由人類操作員手動設置，因此所提出的標識系統(tǒng)比在監(jiān)視裝置的 標識由中央蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)自動進行的情況下更易于出錯。找到將不依賴于人 類操作員并且將易被與微控制器和MOSFET Q集成在同一塊硅基片上的解決 方案將是有益的。仍需要改進現(xiàn)有技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供改進的電池單元設置。本發(fā)明的實施例中的至
少一些的優(yōu)勢在于避免在現(xiàn)有技術中存在的問題中的至少一個。首先，在一些
實施例中，它降低了在不同電源電壓電平上工作的兩個監(jiān)視裝置之間的數(shù)據(jù)傳
送中所涉及的晶體管開關的兩個電極之間的電壓差。本發(fā)明的實施例能允許在 同一塊半導體基片上集成監(jiān)視裝置所需的大部分組件數(shù)字處理電路系統(tǒng)和/
或微處理器和/或微控制器和/或模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、電壓和電流基準、放大器、
例如防靜電放電、反極性、電壓浪涌的保護電路系統(tǒng)、……、以及在以不同電 源電壓電平上工作的兩個監(jiān)視裝置之間的數(shù)據(jù)傳送中所涉及的一個或多個晶 體管開關。
本發(fā)明的實施例可允許標識第一監(jiān)視裝置以及標識菊花鏈中的任何其它 裝置，所述第一監(jiān)視裝置直接自中央監(jiān)視裝置接收數(shù)據(jù)。第一裝置的標識是基
于由各監(jiān)視裝置生成的信號的組合。它不需要人類干預或像DIP開關那樣的組件，并且允許將相同電路特別是集成電路用于任何監(jiān)視節(jié)點。特別地，菊花鏈 式連接的一連串監(jiān)視裝置中的第一監(jiān)視裝置的標識利用通信接口的允許在不 同電源電壓電平上工作的兩個監(jiān)視裝置之間傳送數(shù)據(jù)的特異性。其它裝置的標 識在較高階裝置的控制下實現(xiàn)。
第三，本發(fā)明的實施例能允許將標準通信協(xié)議的通信協(xié)議用于機動車應 用。本發(fā)明還確保在需要額外的絕緣體耦合器(例如光絕緣體)用于通信(例 如對于第一監(jiān)視裝置和最后一個監(jiān)視裝置)時， 一組串聯(lián)連接的蓄電池單元中 的每一蓄電池單元將經(jīng)歷相同的負載。
本發(fā)明涉及可供在用于監(jiān)視和/或控制一組電池單元的系統(tǒng)中使用的信令 系統(tǒng)。電池單元可以是光電電池、熱光電電池、燃料電池、蓄電池……。如圖1中所示，該組電池單元包括串聯(lián)連接的電池單元Cl(8),...Ci-l(12)，Ci(13)，...Cn(14)，即電池Ci-l的負極端子Ci-l—連接到相鄰的 電池單元Ci的正極端子Ci+。單元Cl的正極端子Ci+是該組電池單元的正極 端子而單元Cn的負極端子Cn—是該組電池單元的負極端子。
監(jiān)視裝置CMi與每一電池單元Ci相關聯(lián)以監(jiān)視該電池單元的特性(溫度、 電壓、……)。每一監(jiān)視裝置CMi由其所相關聯(lián)的電池單元Ci供電，例如， 裝置CMi的正極電源端子(1)連接到電池單元Ci的正極端子Ci+，且裝置 CMi的負極電源端子(2)連接到電池Ci的負極端子Ci—。正極端子Ci+和負極端子cr必須被理解成意味著v (ci+)即端子a+處的電勢高于v (cr)， 即端子cr處的電勢。
監(jiān)視裝置CMi監(jiān)視單元Ci的狀態(tài)(例如，它測量該單元的正極端子Ci+與負極端子cr之間的電勢差，但如果電池單元ci是蓄電池，則它還測量電池單元Ci的溫度、電解液的pH值，……)并將關于單元Ci的狀態(tài)的信息傳送 至其它監(jiān)視裝置。在本發(fā)明中，各監(jiān)視裝置是菊花鏈式連接的監(jiān)視裝置CMi-l 的輸出端口(4)通過單根導線(或通信鏈路)(6)連接到相鄰監(jiān)視裝置CMi的輸 入端口(3)。由裝置CMi發(fā)送的數(shù)據(jù)不穿越裝置CMi+l、 CMi+2、……、CMi 十k-l (當然i和k為整數(shù))該數(shù)據(jù)就不能在監(jiān)視裝置CMi與監(jiān)視裝置CMi + k (其中kM)之間被交換。以下，我們將使用術語監(jiān)視裝置、信令裝置或節(jié)點 來不加區(qū)別地表示與其毗鄰的監(jiān)視裝置CMi+l、……交換數(shù)據(jù)的監(jiān)視裝置 CMi，如貫穿本文中所述的。
蓄電池單元Ci的正電極Ci+ (負電極C廠)處的電勢根據(jù)索引i，即根據(jù) 該單元在電池組中的位置以階梯方式變化(見圖2)。如圖2中可見，裝置CMi-l 的正電源電壓與相鄰裝置CMi的負電源電壓之間的電勢差是裝置CMi和 CMi-l分別經(jīng)歷的電壓差之和。這對用于構建監(jiān)視裝置CM特別是從裝置 CMi-l向裝置CMi的數(shù)據(jù)傳輸中所涉及的晶體管開關的電子組件并非沒有重 要性。
在已有技術中，相鄰裝置在不同電源電壓(不同基準電壓)上工作，在裝 置CMi-l的輸出端子(4)處生成并施加于裝置CMi的輸入端子(3)的電壓信號可 以低于裝置CMi-l的負電源端子，從而強加高于V(Ci-l+)-V(Ci-r)——例如高 達V(Ci-l+)-V(Ci—)的電壓差(即，電應力)。對于本發(fā)明，CMi-l在輸出(4)
處的電壓擺動停留在v(ci-i+)-v(ci-r)的范圍內(nèi)，并且這對菊花鏈中的所有單
元也對單元CI和Cn有效。由此，菊花鏈內(nèi)的每個單元在其輸出處具有與其 在鏈中的地位無關的相同電壓擺動，因此裝置CMi的每一輸出(4)將給予電池 單元Ci完全相同的負載。本發(fā)明提出一種允許在相鄰監(jiān)視裝置CMi-l和CMi 之間傳送數(shù)據(jù)同時與本領域已知解決方案形成對比地使各監(jiān)視裝置的輸出(4) 保持在操作容限內(nèi)的信令系統(tǒng)。本發(fā)明的這一部分簡化了輸出的實現(xiàn)，并使得 在惡劣的機動車環(huán)境中信令更穩(wěn)健地對抗干擾。
本發(fā)明提出配合多個電池單元(Ci-l，Ci)使用的信令系統(tǒng)，各單元具有不 同的電源電壓區(qū)間(V(Ci-),V(Ci+))，并且每一單元具有其各自的信令裝置 (CMi),并且每一信令裝置(CMi)由相應的電池單元(Ci)供電，該信令系統(tǒng)包括
-至少第i-l和第i個信令裝置(CMi-l、 CMi)，
-通信鏈路(6)，用于將來自所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的輸出端子(4)的 信號傳送至所述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3) -所述通信鏈路由導電連接組成； 其特征在于
-所述第i-l個信令裝置(CMi-l)包括用于根據(jù)要傳送的信號改變在所述 輸出端子(4)處的電勢的裝置(圖6: Qi-l 16,Rai-1 17)，
-所述第i個信令裝置(CMi)包括用于經(jīng)由所述通信鏈接(6)和所述輸出端 子(3)感測所述輸出端子(4)的電勢變化并用于根據(jù)所感測到的電勢變化 輸出信號(28)的裝置，且所述第i個信令裝置(CMi)還包括用于將第 i-l個信令裝置的輸出端子(4)處的電勢的變化限制于所述第i-l個信令裝 置的電源電壓區(qū)間[V(Ci-廠),V(Ci-l+)]的裝置。
特別地，用于限制第i-l個信令裝置(CMi-l)的輸出端子(4)處的電勢的 變化的裝置包括電阻器Rbi(24)和電流源Srci(25)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例(圖4， 5)，至少一個信令裝置的輸出由電源電壓 VCCi-l和本地接地電壓GNDi-l供電，該電源電壓和接地電壓是由DC-DC電 壓轉(zhuǎn)換器使用電池單元電壓V(Ci-l+)和V(Ci-l-)生成的或籍此至少一個信令裝 置直接由其相應的單元電壓V(Ci-l+)和V (Ci-l-)供電，或者籍此至少一個信 令裝置由其相應單元電壓V(Ci-l+)和V (Ci-l-)直接供電。由DC-DC電壓轉(zhuǎn) 換器生成的輸出級(4)的電源電壓V (VCCi-l) -V (GNDi-l)可以高于或低于 單元電壓V(Ci-l+)-V(Ci-l—)。裝置Cmi的相應輸入級包括Rbi和Scri為確保裝 置Cmi的比較器(27)的正確操作而作適應的值。
本發(fā)明還提出一種用于監(jiān)視多個電池單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如上所提出 的信令系統(tǒng)。特別地，這一監(jiān)視系統(tǒng)可包括(圖6):
中央監(jiān)視裝置(29)和一系列分散的監(jiān)視裝置，每一監(jiān)視裝置包括相應的信 令裝置(CMi),
將所述中央監(jiān)視裝置的輸出端子耦合至第一監(jiān)視裝置/信令裝置CMl的輸入端子(3)的隔離器(30)，并且該隔離器(30)將第一監(jiān)視裝置的輸入端 子處的電壓變化限制在第一電池單元的最高電源電壓(V (Cl + ))以下， 第一電池單元(V(Cl—))的最低電源電壓以上。
本發(fā)明還涉及一種配合多個電池單元(Ci-l,Ci)使用的信令方法，各單元具 有不同的電源電壓區(qū)間(V(Ci-), V(Ci+))，并且各電池具有其各自的信令裝置 (CMi)，并且籍此各信令裝置(CMi)由相應的電池單元(Ci)供電，該信令方法 包括
-將來自所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的輸出端子(4)的信號傳送至所述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3)， 其特征在于，所述方法還包括
-根據(jù)要傳送的信號改變在所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的所述輸出端子(4)處的電勢，并且
-將所述電勢的變化限制于所述第i-l個信令裝置的電源電壓區(qū)間[V (Ci-1—)，V (Ci－l + )]，
-在所述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3)處感測所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的所述輸出端子(4)的電勢的變化，并且用于輸出根據(jù)所感測到的電勢變化而變化的信號(28)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該方法可包括借助于電阻器和電流源限制比較器 (27)的輸入處的所述電勢的變化。
本發(fā)明還涉及一種監(jiān)視多個電池單元的方法，所述方法使用中央監(jiān)視裝置 (29)和一系列分散的監(jiān)視裝置，每一分散的監(jiān)視裝置與一相應的電池單元耦合 并包括其各自的信令裝置，籍此該監(jiān)視方法還利用上述信令方法。根據(jù)本發(fā)明， 該監(jiān)視方法還可包括在分散的監(jiān)視裝置當中確定第一監(jiān)視裝置的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這一監(jiān)視方法還可包括向這些分散的監(jiān)視裝置中 的每一個分配一地址的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這一監(jiān)視方法還可包括更新每一分散的監(jiān)視裝置 的地址中的控制位的步驟。


圖1- 一組蓄電池/電池單元和相關聯(lián)的監(jiān)視裝置的菊花鏈。
圖2-跨該組蓄電池/電池單元的電壓的變化。
圖3-包括兩個或多個蓄電池元件及相關聯(lián)的監(jiān)視裝置的蓄電池單元。
圖4 -監(jiān)視裝置。
圖5-監(jiān)視裝置的信令裝置接收器和發(fā)送器。
圖6-具有中央監(jiān)視單元的蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)。
圖7-蓄電池單元的等負載。
圖8 -用于第一監(jiān)視裝置CM1的標識的信號電平的監(jiān)視。
圖9-用于更新地址的控制位的電路。
圖10-用于糾正地址中的控制位的電路。
圖11-監(jiān)視裝置的信令裝置發(fā)射器設置。
具體實施例方式
本發(fā)明將就特定實施例并參照某些附圖進行說明，但本發(fā)明不限于此，而 是只由權利要求限定。所描述的附圖只是示意性的而非限定性的。在附圖中， 為了示例，某些元件的大小可以被夸大而未按比例繪制。尺寸和相對尺寸并不 對應于對本發(fā)明的實踐的實際縮小。
另外，在本說明和權利要求書中的術語頂、底、上方和下方等是用于說明 性目的而并不一定用于描述相對位置。應理解如此使用的術語在合適的環(huán)境下 是可以互換的，并且本文所述的本發(fā)明的實施例能以除本文所描述或所圖示的 以外的其它定向來操作。
應注意，權利要求書中所使用的術語"包括"不應被解釋成限于其下中所列
的手段；它不排除其它要素或步驟。因此應被解釋成說明存在所陳述的特征、 整體、步驟或組件，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟或組件、或其組合的存在或添加。因此，表達"一個裝置，包括裝置A和裝置B"的范圍不應被限于僅由組件A和B構成的裝置。它意味著該裝置中與本發(fā)明相關的部件 只是A和B。
類似地，應注意也用于權利要求書中的術語"耦合"不應被解釋成僅限于直 接連接。因此，表達"與裝置B耦合的裝置A"的范圍不應被限于其中裝置A的 輸出被直接連接到裝置B的輸入的裝置或系統(tǒng)。它意味著在A的輸出與B的 輸入之間存在一條可以是包括其它設備或裝置的路徑的路徑。
現(xiàn)在將通過對本發(fā)明的幾個實施例的詳細描述來說明本發(fā)明。顯然，可以 根據(jù)本領域的技術人員的知識來配置出本發(fā)明的其它實施例而不會背離本發(fā)明的真實精神或技術教導，本發(fā)明僅由所附權利要求書的權項所限定。
如圖1中可見，我們考慮一組N個串聯(lián)連接的電池單元C1(8)、 C2(9)、 C3(10)、 C4 (11)、…、Ci-1(12)、 Ci(13)、…Cn(14)。這些電池單元可以是蓄 電池、光電池、熱電池或燃料電池以及任何其它產(chǎn)生電壓或電流的裝置。特別 地，電池單元是(電化學)蓄電池。為了簡化而非限定本發(fā)明的范圍，我們可 以假設每一電池單元在其負電極與其正電極之間形成相同的電壓差(或電動 勢)vc。這些電池單元被堆疊或者說串聯(lián)連接以產(chǎn)生大于由單個電池單元產(chǎn) 生的電壓差。例如，在圖1的例子中，蓄電池單元C1(8)的負電極與蓄電池單 元C2(9)的正電極連接，蓄電池單元C2(9)的負電極與蓄電池單元C3(10)的正電 極連接，依此類推。
電池單元Ci由監(jiān)視裝置CMi——即可以監(jiān)視一個或幾個表征電池單元Ci 的參數(shù)，例如其溫度、其正和負端子Ci+和Ci—之間的電勢差等的裝置——來 監(jiān)視。以下，我們將不加區(qū)別地稱這些裝置為監(jiān)視節(jié)點、監(jiān)視裝置、控制或控 制用裝置、控制或控制用節(jié)點、從屬、從屬單元。監(jiān)視裝置可監(jiān)視單個電池單 元(見圖1)或成群的兩個或多個相鄰的電池單元(見圖3)。對于本專利， 當"單元"一詞在本說明或權利要求書中使用時，則指的是一個或多個單元，從 而不同單元可以串聯(lián)或并聯(lián)或并串聯(lián)連接。監(jiān)視裝置由它們監(jiān)視的電池單元或 成群電池單元供電，即每一監(jiān)視裝置CMi從它監(jiān)視的電池單元的正極端子Ci+和負極端子Ci-汲取電力，或當其監(jiān)視成群電池單元元件時，它從所述成群電
池單元元件中的最高電勢上的正極端子和最低電勢上的負極端子汲取電力。以 下，我們將通過索引i來標識組中的電池單元。第i個電池單元的正電極連接 到第i-l個電池單元的負電極，而其負電極連接到第i+l個電池單元的正電極。 將使用相同的下標來標示第i個監(jiān)視裝置及其所監(jiān)視的第i個電池單元。
如果第i個監(jiān)視節(jié)點正在監(jiān)視成群串聯(lián)連接的電池單元元件，則索引i將 如圖3中所示地標示該群蓄電池單元，Ci+是該群電池單元元件中最高電勢上
的正極端子，而cr是該群蓄電池單元中最低電勢上的端子。v(cr)因而將是
第i個監(jiān)視裝置CMi的正電源的電勢，而V (CD是第i個監(jiān)視裝置CMi的
負電源端子的電勢。如圖2中可見，索引i越低，則電勢v(ci+)和v (cr)越 高，艮卩，v(ci+)〉v (cr) =v(ci+i+)>v(a+r)。
除了測量電池單元的參數(shù)所需的傳感器或探測裝置之外，監(jiān)視裝置還可包 含能分流電池單元(或電池單元元件)的致動器，特別是開關、數(shù)字信號處理 單元和/或微處理器和/或微控制器和/或狀態(tài)機和/或組合邏輯形式的邏輯或二 進制數(shù)據(jù)處理裝置。以下，我們將稱任何這類塊為"邏輯"。監(jiān)視裝置可包含或 可不包含模擬濾波器、放大器、電平移位器形式的模擬數(shù)據(jù)處理裝置、……以
及用于生成電壓或電流基準的任何其它電路系統(tǒng)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和/或 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)、用于生成輔助電源電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。監(jiān)視裝置包 括用于將測得的參數(shù)傳送至相鄰的監(jiān)視裝置和/或中央管理單元(微控制器、 微處理器、計算機、……)的通信裝置。
監(jiān)視裝置的一個例子可以在圖4中示意地找到。監(jiān)視裝置的通信裝置包 括用于接收消息的輸入端口 IN(3)和用于發(fā)送消息的輸出端口 OUT(4)。輸入 端口 3上的傳入消息由接收器15接收，接收機15將傳入的信號轉(zhuǎn)換成能由通 用模擬和/或數(shù)字電路系統(tǒng)18中所包括的邏輯電路系統(tǒng)181解釋的數(shù)據(jù)Rx。
在監(jiān)視裝置的通用模擬和/或數(shù)字電路系統(tǒng)18內(nèi)生成的信號常常需要被與 其它監(jiān)視裝置和/或中央管理單元共享。這些信號可以是由第i個監(jiān)視裝置的邏 輯電路系統(tǒng)181接收且必須被中繼至其它監(jiān)視節(jié)點和/或中央管理單元29的數(shù) 據(jù)Rx。這些信號還可以是在監(jiān)視節(jié)點上生成的數(shù)據(jù)由內(nèi)務電路系統(tǒng)182生 成并與該監(jiān)視節(jié)點本身相關的數(shù)據(jù)(地址、狀態(tài)、自測過程的結(jié)果、溫度)、由監(jiān)視節(jié)點內(nèi)的信號獲取和處理塊183生成的關于由外部傳感器(未示出)生
成并通過端口 19、 20、 21、...連接到該監(jiān)視節(jié)點或由內(nèi)部傳感器塊184中所包 括的內(nèi)部傳感器生成的信號的數(shù)據(jù)、或是由信號獲取和處理塊183獲取并與電 壓V (Ci+)和V (CD有關的數(shù)據(jù)(以及當單個監(jiān)視裝置監(jiān)視如圖3中所示 的兩個或多個電池單元元件時蓄電池單元的中間節(jié)點的電壓)。對應于所述信 號的傳出消息可以通過發(fā)送器M在輸出端口 4上獲得。DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器185 使用電壓V (Ci+)和V (CD來生成電源電壓VCCi并提供用于對電路系統(tǒng) 18和/或接收器15以及發(fā)送器14加電的本地基準接地電壓GNDi。在平凡的情 形中，不存在DC-DC轉(zhuǎn)換器并且該電路系統(tǒng)直接從Ci+和C廠加電，即VCCi =V (Ci+)和/或V (GNDi) =V (CD 。在某些應用中，生成VCCi以使得 V (Ci一) <VCCi<V (Ci+)將是有利的。
監(jiān)視裝置之間的數(shù)據(jù)傳送的問題源自所述各監(jiān)視裝置在不同的供電電平/ 不同的基準電壓上工作。例如，讓我們考慮來自第i-l個監(jiān)視裝置CMi-l和第 i個監(jiān)視裝置CMi的信號的傳送第i-l個監(jiān)視裝置CMi-l在電源電壓V (Ci-1
+)和v (ci-r)之間工作，而第i個監(jiān)視裝置cMi在電源電壓v (ci+)和v (cr)之間工作。
如上所述，己有技術提出通過使用源極開路的MOSFET來傳送信號(在 兩個相鄰裝置之間)，其不利之處在于所述MOSFET的漏極與源極之間的電 壓可能會高達V (Ci-l + ) -V (Ci一)。
在本發(fā)明中，發(fā)送器14和接收器15可以例如為如圖5中所示。 第i-l個監(jiān)視節(jié)點CMi-l的發(fā)送器14包括用于驅(qū)動開關特別是可以是場 效應晶體管(MOSFET或JFET)或雙極晶體管的晶體管開關Qi-l 16的電路系統(tǒng) 23。為了清楚說明，我們將考慮晶體管開關Qi-l 16是n型MOSFET的特定情 形。n型MOSFET晶體管16的源電極連接到本地GND電源，即GNDi-l。該 n型MOSFET晶體管Qi-l 16的漏電極通過上拉電阻器Ra i-l 17連接到本地電 源電壓VCCi-l。令R1為電阻器17的電阻。n型MOSFET晶體管16的柵電 極連接到電路系統(tǒng)23，電路系統(tǒng)23將由監(jiān)視裝置的通用模擬和/或數(shù)字電路系 統(tǒng)18生成的信號22轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動晶體管16的信號。為此，電路系統(tǒng)23可
以是將電路系統(tǒng)18連接到晶體管16的控制電極的單根導線，或它可以是用于
放大和/或整形和/或緩沖和/或移位信號22的電壓電平的電路。信號22通常是 或取較低電壓值L或取較高電壓值H的二進制信號，較低電壓值和較高電壓 值兩者均在區(qū)間[GNDi-l，VCCi-l]內(nèi)。響應于其輸入處有較低電壓值，電路系 統(tǒng)23將向晶體管16的柵極施加一個使得晶體管16將被開路的電壓。在該情 形中，上拉電阻器17將把輸出端口 4上的電壓上拉至高于GNDi-l但低于 VCCi-l的電壓。響應于其輸入處有較高電壓值，電路系統(tǒng)23將向晶體管16 的柵極施加一個使得晶體管16將被閉路的電壓。在該情形中，晶體管16將迫 使輸出端口 4上的電壓成為基本等于GNDi-l的電壓。在第i-l個監(jiān)視裝置 CMi-l的輸出端口 4上生成的電壓信號通過導線6施加于第i個監(jiān)視裝置CMi 的輸入端口3。第i個監(jiān)視節(jié)點的接收器塊15包括具有第一和第二輸入的比 較器27、電流源25和電阻器24。比較器27由在區(qū)間VCCi和GNDi內(nèi)的電源 供電。
第i個監(jiān)視器CMi的輸入端口 3通過電阻器Rb i 24連接到比較器27的第 一輸入。向比較器27的第二輸入施加高于GNDi的電勢且低于VCCi的基準電 壓Vref。電流源Src i 25通過電阻器24強加電流IB (假設開關SWi 26是閉路 的)。在比較器27的第一輸入上所得的電壓等于輸入端口 3的電壓Vin減去 跨電阻器24的電壓降，所述電壓降與電流IB及電阻器Rb i 24的電阻值R2成比例。
當?shù)趇-l個監(jiān)視裝置CMi-l的晶體管開關Qi-l 16開路時，第i個監(jiān)視裝 置CMi的輸入端口 3處的電壓Vin(i)以及電壓V(+)(其中V(+)是第i個監(jiān)視裝 置CMi的比較器27的第一輸入——例如圖5中所示的+ i叩ut處的電壓)使得 以下等式滿足
VCCi-1-Rl*IB=Vin(i) 式l Vin(i) - R2*IB=V(+) 式2
當?shù)趇-l個監(jiān)視裝置CMi-l的晶體管開關Qi-l 16閉路時，第i個監(jiān)視裝置CMi的輸入端口 3處的電壓Vin(i)以及電壓V(+)(其中V(+)是第i個監(jiān)視裝置CMi的比較器27的第一輸入——例如圖5中所示的+ i叩ut處的電壓)使得 以下等式滿足:
GNDi-1=Vin(i) 式3
Vin(i) - R2*IB=V(+) 式4
電流JB、電阻器24的電阻值和電壓Vref被選擇成使得(a)當?shù)趇-l個監(jiān) 視裝置CMi-l的晶體管Qi-l 16處于兩個狀態(tài)(開路和閉路)中的第一狀態(tài)時， 比較器27的第一輸入處的電勢例如V(+)將低于Vref，以及(b)當?shù)趇個監(jiān)視 裝置的晶體管16處于所述兩個狀態(tài)(開路和閉路)中的第二狀態(tài)時，比較器 27的第一輸入處的電勢將高于Vref (但低于VCCi)。特別地，取乘積R2><IB 等于V(Ci+)-V(Ci-)(或V(VCCi)-V(GNDi))。比較器27的第一輸出處的電壓被 充分地保持在電壓極限內(nèi)，有該電壓極限內(nèi)，比較器能在不必危及正當操作和 /或長期可靠性的情況下工作，并且在比較器27的輸出處生成的二進制數(shù)據(jù) Rx28在與裝置CMi的通用模擬和/或數(shù)字電路系統(tǒng)18兼容的電壓區(qū)間內(nèi)變化。 特別地，在電壓差V(Ci+)-V(Ci-)(或V(VCCi)-V(GNDi))對每一監(jiān)視節(jié)點具有基 本上相同的值VC的假設下，電阻器24的電流lB和電阻值R2以及電阻器17 的Rl被選擇成使得跨電阻器24的電壓降基本上等于VC，并且跨電阻器17 的電壓降與VC相比很小。在該情形中，對于第i個監(jiān)視裝置，V(+)將從晶體 管Qi-l 16閉路時的大致V(GNDi)變到晶體管Qi-l 16開路時的大致VCCi。電 阻器R2和電流IB的該選擇的另一結(jié)果是當?shù)趇-l個監(jiān)視裝置CMi-l的開關 Qi-l 16為開路時，監(jiān)視裝置CMi的輸入端口(3)處的電壓(等于監(jiān)視裝置CMi-l 的輸出端口(4)處的電壓)將永不低于VCCi = GNDi-l。因此，基于式l、式2、 式3和式4以及條件R2xIB=VC，第i-l個監(jiān)視裝置的輸出(4)處的電壓將在 GNDi-l與基本上等于VCCi-l的電壓(嚴格地說，此電壓將如可以從式1中導 出地等于VCCi-l-Rlxffi)之間變化。
條件R2xffi二VC有利地用圖11上所示的電流源Srci 25實現(xiàn)。基準偏置電流IB是用MOSFET晶體管Ml和與電阻器Rb;具有相同電阻值R2的電阻 器110生成的。晶體管M1以二極管方式連接，并且被與電阻器R1串聯(lián)連接 在VCCi與GNDi之間。電阻器110中的電流等于(VCCi - VDS - GNDi) /R2， 其中VDS是晶體管Ml的漏極與源極之間的電壓降。在第一種逼近中，該電 流將等于(VCCi-GNDi) /R2。該電流通過晶體管M2和M3鏡像至晶體管M4。 當開關SWi26閉路時，晶體管M4充當電流源并迫使電流IB流過電阻器Rbi24。 假設晶體管Ml和M2的鏡像比Bl為1，且晶體管M3和M4的鏡像比B2也 為l，則晶體管M4中的電流IB等于電阻器110中的電流?？珉娮杵?4的電 壓降則將等于R2x(VCCi - VGNDi)/R2=VCCi - GNDi:即使電源電壓VCCi波 動，跨電阻器24 Rbi的電壓降也將總是等于VCCi - GNDi。用在現(xiàn)有技術中提 出的電阻分壓器來實現(xiàn)這一結(jié)果即便不是不可能也將是非常困難的。在對電流 源Srci25的此說明中，我們己假設電阻器llO和電阻器Rbi 24具有相同的電 阻R2。在該情形中，必須假定一邊的晶體管M1和M2的鏡像比B1與另一邊 的晶體管M3和M4的鏡像比B2為1。鏡像比Bl和B2可以不同于1，但在該 情形中，電阻器110的電阻必須等于R2*B1*B2以確保R2xffi = (VCCi -GNDi)。
用己提出的發(fā)送器14和接收器15，晶體管Qi-l 16的第一和第二主電極 之間的電壓差被保持在VC以下(即，晶體管16未被曝露于將影響正當操作 和/或長期可靠性的電應力下)，如從以上式1至4可以看出。每一監(jiān)視節(jié)點 CMi的輸出端口 4處的電壓將保持在區(qū)間[V(Ci—),V(Ci+)]內(nèi)。出乎意料地，這 意味著根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)視裝置CMi以與本領域已知的通信協(xié)議，特別是LIN 協(xié)議兼容的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，而不需要監(jiān)視裝置CMi-l與CMi之間有光耦合器。 這還暗示著與發(fā)送器相關的電源電流對于所有輸出(4)將是相同的，因為所有輸 出將具有相同的電壓擺動。
我們現(xiàn)在將看到本文以上所描述的發(fā)送器14和接收器15可以被有利地用 于標識一系列菊花鏈式連接的監(jiān)視裝置CMi中的第一監(jiān)視裝置CM1。
如稍前所討論地，在某些情形中，不僅必須在各監(jiān)視裝置之間還必須在各 監(jiān)視裝置與中央管理單元29之間交換數(shù)據(jù)。假設中央管理單元與這些監(jiān)視裝置之一共享至少一個電源電壓，數(shù)據(jù)管理單元能使用發(fā)送器14和/或接收器15 來與第一個或最后一個監(jiān)視裝置交換數(shù)據(jù)。特別地，圖1上的各監(jiān)視裝置之一 除了承擔其作為監(jiān)視裝置的角色外還承擔中央管理單元的角色。
然而，在大多數(shù)情形中，中央管理單元將不與任一監(jiān)視裝置具有共用的電 源，或者不用隔離器要在中央管理單元和監(jiān)視裝置之間交換數(shù)據(jù)將是不切實際的。例如當監(jiān)視裝置是大規(guī)模生產(chǎn)的并且基本上相同——即電阻器17和24的 電阻值Rl和R2以及由電流源25供給的電流IB對于不同的監(jiān)視裝置基本上保 持不變時就將是這種情形。
如圖6上所示，與蓄電池單元Cl(8)相關聯(lián)的監(jiān)視單元CM1從用于驅(qū)動 光耦合器30 (耦合器30可以是任何其它基于例如光或磁互連的電隔離器-耦合 器)的中央管理單元29接收數(shù)據(jù)(5a,5b)。上拉電阻器31 (連接到C廠或如下 提出地連接到VCC1)是光耦合器30正當操作所必需的。第二光耦合器32由 最后一個監(jiān)視裝置驅(qū)動以允許其向中央數(shù)據(jù)管理單元29發(fā)送數(shù)據(jù)。信息可以 通過穿越CM1、 CM2、 ...CMi-l從中央數(shù)據(jù)管理單元29發(fā)送至任一監(jiān)視裝置CMi。數(shù)據(jù)可以通過穿越CMi+l.....Cn和光耦合器32從任何裝置CMi發(fā)送并到達中央數(shù)據(jù)管理單元29。
如在由中央管理單元29發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)的情形中那樣，當數(shù)據(jù)信號5a的電 流電平在較低值與較高值(足以停用或啟用光耦合器30)之間變化時，電流將 不流動或流過上拉電阻器31。.結(jié)果，與蓄電池單元8相關聯(lián)的監(jiān)視單元CM1 的輸入端口 3上的電壓從基于上等于該監(jiān)視裝置的電源V(Cl+)的電壓變成基 本上等于GND1的電壓。無論來自CM1的接收器15的開關26是開路還是閉 路都是這樣。
如上所述，菊花鏈中的每第i個監(jiān)視裝置的輸出端口 4上的電壓將在GNDi 與VCCi之間變化，這意味著在菊花鏈中的每第i個監(jiān)視裝置的輸入端口 3處 所見的電壓將在等于GNDi-l二VCCi的第一電壓與高于VCCi的第二電壓之間 變化。特別地，在RKR2且R2xIb二VC的情形中，在菊花鏈中每第i+l個監(jiān) 視裝置的輸入端口 3處所見的電壓將在等于GNDi-VCC(i+l)的第一電壓與基 本上高于VCC(i+l)的第二電壓之間變化。因此，采用所提出的本發(fā)明，如果在監(jiān)視裝置CMi的輸入端口 3上接收數(shù)據(jù)的電壓不超過VCCi或V(Ci+)，則裝 置CMi就是CMl，即裝置CMi的菊花鏈中的第一個，在最高電源電壓V(Ci + )上的工作，并且與第一電池單元C1相關聯(lián)。如果當數(shù)據(jù)被傳送時，在監(jiān)視 裝置CMi的輸入端口 3上接收數(shù)據(jù)的電壓超過VCCi，則裝置CMi不是裝置 CMi的菊花鏈中的第一個。
為了避免電池單元Ci被加以不同的負載，可與不是第一個監(jiān)視裝置的每 一監(jiān)視裝置CMi的上拉電阻器Rai(17)并聯(lián)使用一電阻器。此情形在圖7上示 出，在圖7中上拉電阻器31被連接到VCCi。對于CM1，為光耦合器(30)使用 電阻器31。此實現(xiàn)確保任何監(jiān)視裝置CMi將對Ci有相同的負載。對于所有 CMi，上拉電阻器將具有獨立于單元Cl或任何其它單元的相同電壓差V(Ci)。 當監(jiān)視裝置是集成電路時，電阻器31被連接到VCCi和輔助端口"Aux"。當作 菊花鏈式連接時，第一裝置CM1的Aux端口被連接到光耦合器30 (如圖7上 所示)。對于其它監(jiān)視裝置，輔助端口與輸出端口4短接(見圖7)。
以下，我們將假設當監(jiān)視裝置CMi不知道它是否是第一監(jiān)視裝置CM1時， 該監(jiān)視裝置的接收器15的開關25開路。
可使用兩個外加的比較器34和33(見圖8)來監(jiān)視第i個監(jiān)視裝置CMi的 輸入端口(3)上的電壓Vin(i)。
比較器34將Vin(i)與VCC(i)相比較(替換地，它將結(jié)果與VCCi+AV相 比較，其中0<AV<VC)。這可以通過例如用電阻分壓器將輸入Vin(i)分壓并 將結(jié)果與VCCi (或VCCi + AV)的經(jīng)分壓(以相同比率)版本相比較，或本 領域的任何其它已知的方法或電路來實現(xiàn)。令VCOMPl是比較器34所作比較 的結(jié)果。
比較器33將Vin(i)與基準電壓Vref相比較，使得GNDi<Vref<VCC (i)。 令VCOMP2是比較器33所作比較的結(jié)果。
對于CM1， C0MP1的輸出將總是為低實際上Vin(l)總是^VCCl (因此， 它小于VCC1+AV)。
對于CM1， COMP2的輸出將在低狀態(tài)L與高狀態(tài)H之間變化，以指示 數(shù)據(jù)正在由CM1接收。
對于CM1，開關SW1(26)保持開路并且沒有電流IB被強制流過電阻器 Rbl。比較器(27)的輸入處的電壓在GND1與VCC1之間變化。
對于除CMI以外的任何其他監(jiān)視裝置CMi， COMP2的輸出將在L與H 之間變化，以指示數(shù)據(jù)正在由CMi接收，并且COMP1的輸出也將在L與H 之間變化實際上Vin(i)(i≠1)在GNDi-l =VCCi<VCCi+AV與VCCi-l=VCCi十 VC > VCCi+AV之間變化(開關26開路，基本上沒有電流被強制流過上拉電 阻器Rai-l)。
當數(shù)據(jù)如由COMP2所指示地被接收時，以及當裝置CMi的輸入端口(3) 處的電壓如由COMP1指示地在GNDi-l=VCCi與一高于VCCi的值之間變化 時，開關SWi(26)被閉路。 一旦開關SWi(26)閉路，就迫使電流IB流過電阻器 Rbi (24) ， Vin(i)是移位了 R2xIB(例如R2xIB-VC)的電平，并且比較器27的 第一輸入處的電壓在GNDi與VCCi之間變化(這與LIN通信協(xié)議兼容)。
將確定監(jiān)視裝置CMi是否是菊花鏈中的第一個以及是否要閉合開關 SWi(26)(以迫使電流通過電阻器Rbi 24)的信號VCOMP1與VCOMP2組合 是由根據(jù)本領域中已知技術的任何合適的邏輯電路系統(tǒng)來實現(xiàn)的(以下將給出 這樣的電路的一個例子)。
如稍前所討論地，能在整個系統(tǒng)已被組裝之后給予監(jiān)視裝置地址而不必在 監(jiān)視裝置制作和/或整個蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)的組裝之前或期間給予地址是有意義 的。例如，在WO00/05596中，通過使用手動配置的雙列直插式開關來給予每 一監(jiān)視裝置一個唯一性的地址。如果大多數(shù)監(jiān)視裝置已被集成在半導體芯片 中，則雙列直插式開關的使用也會暗示芯片上要外加專用連接引腳，這并不總 是合乎需要的，或甚至是不可行的。
一旦菊花鏈中的第一監(jiān)視裝置己知，就由例如中央數(shù)據(jù)管理單元29等的 主單元向其分配一個地址，或由其為自己分配第一地址。隨后可以用本領域已
知的多種方式繼續(xù)進行其它監(jiān)視裝置的尋址。例如， 一旦得知一監(jiān)視裝置是第 一個/一監(jiān)視裝置知道它自己是第一個，則它可以通過向下一監(jiān)視裝置發(fā)出一個 消息來向該裝置信令其為菊花鏈中的第二個的方式來繼續(xù)進行。該第二監(jiān)視裝 置隨后可以通過向下一監(jiān)視裝置發(fā)出消息以向該裝置信令其為菊花鏈中的第三個的方式來繼續(xù)進行，以此類推。
對于本發(fā)明的另一實施例，地址分配可以在中央數(shù)據(jù)管理單元29的控制 下進行。對于此實施例，中央數(shù)據(jù)管理單元將發(fā)出向不同監(jiān)視裝置分配地址所 需的消息。
例如，在啟動時，沒有任何一個監(jiān)視裝置將具有地址，并且將不會把在輸
入(3)處接收到的數(shù)據(jù)傳送至它們的輸出(4)。在啟動時，中央數(shù)據(jù)管理單元29 的命令將只到達第一監(jiān)視裝置而且將給其地址。 一旦分配了地址，監(jiān)視單元就 將啟用其輸出(4)以使得下一消息也將到達下一監(jiān)視單元。中央數(shù)據(jù)管理單元 29的下一消息能向下一監(jiān)視單元分配地址。這些步驟的重復將向每一監(jiān)視模塊 分配地址，并且將貫穿最后一個監(jiān)視單元CMn以閉合通信環(huán)路。
因為監(jiān)視裝置的次序?qū)谛铍姵?電池單元組中的蓄電池/電池單元的次 序，所以可以將第i個監(jiān)視節(jié)點的信息關聯(lián)到其監(jiān)視的第i個蓄電池/電池單元。
每一節(jié)點的地址對于監(jiān)視系統(tǒng)的正當操作很重要，特別是它對于清楚地標 識哪個節(jié)點在菊花鏈中是第一節(jié)點，哪些節(jié)點不是第一節(jié)點最為重要未能這 樣做將可能會阻止傳入消息的接收。實際上，如果一節(jié)點被不正確地標識為菊 花鏈中的第一個，則開關SWi 26 (見圖8)將不會被啟用并且比較器27的輸 出將從不會變化。如果菊花鏈中的第一節(jié)點被不正確地認為是菊花鏈中再后面 的節(jié)點(即，被認為不是第一個)，則開關SW1將被啟用，比較器27的輸入 被陷在GND1并且比較器的輸出也將不變化。
令FIRSTB是在菊花鏈中的每一節(jié)點中具有的控制位。如果該節(jié)點不是菊 花鏈中的第一個節(jié)點，則FIRSTB為高。如果該節(jié)點是菊花鏈中的第一個節(jié)點， 則FIRSTB為低。
如果FIRSTB為高，則開關SWi 26閉路，且如果FIRSTB為低，則SWi 26
開路。當蓄電池監(jiān)視系統(tǒng)被啟動并且各節(jié)點尚未被發(fā)放地址時，F(xiàn)IRSTB被默 認設置為0并且開關Swi 26對于菊花鏈中的每一節(jié)點開路。
讓我們考慮其中輸入端口 3上的退讓位是該端口 3上的高狀態(tài)的特定情 形。在第一節(jié)點中開關Swl 26開路，當數(shù)據(jù)被接收時，輸入3上的電壓將從 VCC1向GND1變化，即該節(jié)點的輸入端口 3經(jīng)歷負沿躍遷。比較器C0MP1 34的輸出保持在GND1而比較器C0MP2 33的輸出從VCC1向GND1變化。 FIRSTB必須保持低。
我們現(xiàn)在考慮在菊花鏈中不是第一節(jié)點的節(jié)點的情形。此時，在輸入3 處的電壓將在VCCi+VC與VCCi之間變化(當FIRSTB為低時，開關SWi 26 不閉合)。該節(jié)點的比較器C0MP1 34的輸出從高向低變化，而比較器COMP2 33的輸出保持高。FIRSTB必須被設置成高才能啟用該節(jié)點中的開關SWi 26 并允許該節(jié)點中的比較器27接收傳入的數(shù)據(jù)。
在圖9上給出將相應地更新FIRSTB的值的邏輯電路的可能實現(xiàn)。第一 2 輸入與非門36和第二 3輸入與非門35被連接成RS觸發(fā)器。與非門的輸入之 —由復位信號上的功率驅(qū)動，該復位信號將把FIRSTB初始化為低。FIRSTB 的狀態(tài)可能因系統(tǒng)的操作期間的擾動而變更。這會阻止FIRSTB的值已變更的 節(jié)點正當?shù)亟邮諗?shù)據(jù)。擾動可例如由致電離輻射或由將與半導體基片交互并生 成級聯(lián)的帶電粒子的中子引起。致電離輻射或中子的起源可以是人為的或自然 的(例如宇宙射線)。該擾動還可以由EMC擾動，例如由2個單元之間的連 接6 (見例如圖1)接收的射頻信號引起。
我們考慮當FIRSTB的值被翻轉(zhuǎn)(g卩，從高改為低)時對于不是菊花鏈中 第一個節(jié)點的節(jié)點將發(fā)生什么在翻轉(zhuǎn)后，該節(jié)點的開關SWi 26開路。當數(shù) 據(jù)將到達時，輸入端口上從VCCi+VC向VCCi的躍遷將FIRSTB的值從低更 新至高。
我們考慮當FIRSTB的值被翻轉(zhuǎn)(即，從低改為高)時對于作為菊花鏈中 第一個節(jié)點的節(jié)點將發(fā)生什么該節(jié)點的開關SWi26閉合且比較器27的輸入
上的電壓將維持陷在GND1。 C0MP1和COMP2的輸出也均將維持陷在低狀 態(tài)。在此情形中，沒有任何傳入數(shù)據(jù)能像對菊花鏈中的其它節(jié)點所做的那樣被 用于更新FIRSTB的值。為了糾正它，在每一個節(jié)點中，定時器(未示出)可以 在每次LIN中有活動時被重置。 一旦定時器指示時間間隔ATMAx已過去而輸 入3上沒有任何活動，則FIRSTB被從高改為低，這使該節(jié)點回到它啟動時原 有的情形，即該節(jié)點認為它自己是線路中的第一個節(jié)點并且開關SWi 26開路。 根據(jù)構造，C0MP1和COMP2的輸出可以從不同時為高。以上考慮的定時器的輸出信號SLEEPB能例如被施加于第二與非門35的第四輸入(見示出用于糾 正控制位的電路的圖10)。
權利要求
1.一種配合多個電池單元(Ci-1，Ci)使用的信令系統(tǒng)，每一單元具有不同的電源電壓區(qū)間(V(Ci-)，V(Ci+))且每一單元具有其各自的信令裝置(CMi)，并且籍此每一信令裝置(CMi)由相應的電池單元(Ci)供電，所述信令系統(tǒng)包括至少第i-1個和第i個信令裝置(CMi-1、CMi)，通信鏈路(6)，用于將來自所述第i-1個信令裝置(CMi-1)的輸出端子(4)的信號傳送至所述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3)，所述通信鏈路包括導電連接；其特征在于所述第i-1個信令裝置(CMi-1)包括用于根據(jù)所要傳送的信號改變所述輸出端子(4)處的電勢的裝置(圖6Qi-116，Rai-1 17)，所述第i個信令裝置(CMi)包括用于經(jīng)由所述通信鏈路(6)和所述輸出端子(3)感測所述裝置CMi-1的輸出端子(4)的電勢變化并用于輸出根據(jù)所感測到的電勢變化的信號(28)的裝置(比較器27)，并且所述第i個信令裝置(CMi)還包括用于將第i-1個信令裝置的輸出端子(4)處的電勢的變化限制于所述第i-1個信令裝置的電源電壓區(qū)間[V(Ci-1-)，V(Ci-1+)]的裝置。
2. 如權利要求1所述的信令系統(tǒng)，其特征在于，所述用于限制第i-l個信 令裝置(CMi-l)的輸出端子(4)處的電勢變化的裝置包括電阻器Rb，i(24)和電 流源Src,i(25)。
3. 如權利要求1所述的信令系統(tǒng)，其特征在于，至少一個信令裝置由電源 電壓VCCi和本地接地電壓GNDi供電，所述電源電壓和所述接地電壓是由 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器使用單元電壓V(Ci+)和V(Ci-)生成的，或籍此至少一個信 令裝置直接由其相應的單元電壓V(Ci+)和V(Ci-)供電。
4. 一種用于監(jiān)視多個電池單元的系統(tǒng)，包括如以上權利要求中任何一項所 述的信令系統(tǒng)。
5. 如權利要求4所述的用于監(jiān)視多個電池單元的系統(tǒng)，其特征在于，包括:中央監(jiān)視裝置(29)和一系列分散的監(jiān)視裝置，每一監(jiān)視裝置包括相應的信 令裝置(CMi),隔離器(30)，用于將所述中央監(jiān)視裝置的輸出端子耦合至具有所述信令裝 置CM1的第一監(jiān)視裝置的輸入端子(3)，并且其中所述隔離器(30)將所述第一監(jiān)視裝置的輸入端子處的電壓變化限制 在所述第一電池單元的最高電源電壓(V(Cl+))以下、并且在所述第一電池單元的最低電源電壓(v(cr))以上。
6. —種配合多個電池單元(Ci-l,Ci)使用的信令方法，每一單元具有不同的 電源電壓區(qū)間(V(Ci-),V(Ci+))并且每一單元具有其各自的信令裝置(CMi)， 并且籍此每一信令裝置(CMi)由相應電池單元(Ci)供電，所述信令方法包括將來自所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的輸出端子(4)的信號傳送至所 述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3), 其特征在于，所述方法還包括根據(jù)所要傳送的信號改變所述第i-l個信令裝置(CMi-l)的所述輸出端 子(4)處的電勢，以及將所述電勢的變化限制于所述第i-l個信令裝置的電源電壓區(qū)間[v(ci-1)， v)Ci+)]，在所述第i個信令裝置(CMi)的輸入端子(3)處感測所述輸出端子(4)的電 勢變化，并且輸出根據(jù)所感測到的電勢變化而變化的信號(28)。
7. 如權利要求6所述的信令方法，其特征在于，所述電勢變化的限制是借 助于電阻器和電流源來實現(xiàn)的。
8. —種用于監(jiān)視多個電池單元的方法，所述方法使用中央監(jiān)視裝置(29)和 一系列分散的監(jiān)視裝置，每一分散的監(jiān)視裝置被耦合到相應的電池單元并包括 其各自的信令裝置，所述方法還使用如權利要求6所述的信令方法。
9. 如權利要求8所述的用于監(jiān)視多個電池單元的方法，其特征在于，所述 方法還包括在所述各分散的監(jiān)視裝置當中確定第一監(jiān)視裝置的步驟。
10. 如權利要求9所述的用于監(jiān)視多個電池單元的方法，其特征在于，所 述方法還包括向所述各分散的監(jiān)視裝置中的每一個分配地址的步驟。
11.如權利要求10所述的用于監(jiān)視多個電池單元的方法，其特征在于，所 述方法還包括更新每一分散的監(jiān)視裝置的地址中的控制位的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在用于監(jiān)視和/或控制一組電池單元的系統(tǒng)中使用的信令系統(tǒng)。該組電池單元被串聯(lián)連接，即一個電池單元的負極被連接到相鄰電池單元的正極。一監(jiān)視裝置與每一電池單元相關聯(lián)以監(jiān)視該電池單元的特性(溫度、電壓、……)。每一監(jiān)視裝置由與其相關聯(lián)的電池單元供電。監(jiān)視裝置監(jiān)視單元的狀態(tài)(例如，它測量該單元的正極端子與負極端子之間的電勢差，但如果電池單元Ci是蓄電池，則它還測量該電池單元的溫度、電解液的pH值等)并將關于該單元的狀態(tài)的信息傳送至其它監(jiān)視裝置。各監(jiān)視裝置是菊花鏈式連接的。由來自一個單元的監(jiān)視裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)未穿越所述鏈中其它各裝置就不能在這一裝置與來自另一單元的監(jiān)視裝置之間被交換。
文檔編號H02J7/00GK101202463SQ20071016210
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2006年12月13日
發(fā)明者B·吉恩廷, F·勞拉內(nèi)特, G·萬登薩德 申請人:Ami半導體比利時有限公司