專利名稱：蓄電池控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種蓄電池控制系統(tǒng)和方法，并且尤其涉及在對電動車輛或者混合動力電動車輛的蓄電池組進行控制中使用的蓄電池控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動車輛或者混合動力電動車輛的市場利潤越來越豐厚，因為對環(huán)境友好技術(shù)的客戶需求越來越多。關(guān)鍵問題是，對這種車輛供電的蓄電池組的操作進行適當(dāng)監(jiān)視和維護，以確保該車輛的性能不被折衷。然而，電動車輛和混合動力電動車輛當(dāng)前可用的現(xiàn)有蓄電池組監(jiān)視和管理系統(tǒng)常常不適應(yīng)具有各種車輛蓄電池系統(tǒng)和能力的運行。此外，顯著需要降低這種現(xiàn)有蓄電池監(jiān)視和管理系統(tǒng)的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖減輕至少一個上述問題。本發(fā)明可以包括幾種概括形式。本發(fā)明的實施例可以包括在此描述的各種不同概括形式之一或者它們的任意組合。在第一概括形式中，本發(fā)明提供了一種用于控制車輛中的蓄電池組的蓄電池控制系統(tǒng)，所述蓄電池組包括多個在該蓄電池組內(nèi)電連接在一起，以產(chǎn)生該蓄電池組的輸出電壓的蓄電池單元，其中該系統(tǒng)包括多個控制模塊，分別包括(a)微處理器；(b)至少一個傳感器，用于監(jiān)測該多個蓄電池單元至少之一的運行特性，所述至少一個傳感器通過串聯(lián)連接與該微處理器可通信地連接；(c)隔離電路，通過該串聯(lián)連接，可通信地與該微處理器和至少一個傳感器連接， 其中該隔離電路用于將該微處理器與該蓄電池組的較高電壓隔離；(d)通信單元，與該微處理器可通信地連接，用于通過通信網(wǎng)絡(luò)，將該至少一個傳感器監(jiān)視到的運行特性送到其他控制模塊，其中該控制模塊的所述通信單元以并行方式與該通信網(wǎng)絡(luò)通信；以及其中該多個控制模塊至少之一被指定為主控模塊，用于根據(jù)該多個控制模塊感測到的運行特性，輸出控制信號，以控制該多個蓄電池單元的運行。通常，該車輛包括電動車輛和混合動力電動車輛至少之一。優(yōu)選地，該通信網(wǎng)絡(luò)可以包括控制器局域網(wǎng)。此外，優(yōu)選地，該多個控制模塊中的每個都可以配置唯一硬件地址，以在通過該控制器局域網(wǎng)進行通信時能夠識別。有利的是， 根據(jù)為了監(jiān)視特定蓄電池單元或者一組蓄電池單元的運行特性而分配的該控制模塊的唯一硬件地址，可以更容易地識別特定蓄電池單元中產(chǎn)生的故障。此外，優(yōu)選地，該控制器局域網(wǎng)可以用于在蓄電池控制系統(tǒng)、該蓄電池組、蓄電池充電器、車輛控制系統(tǒng)、自檢與診斷模塊、以及車輛狀態(tài)查詢系統(tǒng)之間進行通信。優(yōu)選地，該串聯(lián)連接包括串行外設(shè)接口。有利的是，使用串行外設(shè)接口可以允許單個隔離電路在控制模塊內(nèi)與該傳感器和微處理器串聯(lián)布置，從而防止該微處理器受該蓄電池組的高壓的影響。因此，由于減少了所使用的部件，這可以支持降低與本發(fā)明相關(guān)的生產(chǎn)成本。優(yōu)選地，該至少一個傳感器可以包括集成電路測量傳感器。通常，所述多個控制模塊中的每個均可以包括一至三個集成電路測量傳感器。優(yōu)選地，該至少一個傳感器監(jiān)視的運行特性可以包括，與被監(jiān)視的多個蓄電池單元至少之一相關(guān)的電壓信號、電流信號和溫度測量值至少之一。通常，該至少一個傳感器可以用于至少每隔100毫秒監(jiān)視一次該多個蓄電池單元至少之一的運行特性。優(yōu)選地，該隔離電路可以包括光隔離器。優(yōu)選地，該多個控制模塊中的每個可以至少包括8位微處理器。此外，優(yōu)選地，該主控模塊可以包括32位微處理器。優(yōu)選地，該主控模塊可以包括熱控制器，用于根據(jù)由該多個控制模塊的至少一個傳感器確定的溫度測量值，控制該蓄電池單元的溫度、該蓄電池組的溫度、以及蓄電池單元溫差至少之一。優(yōu)選地，該主控模塊可以包括接觸器驅(qū)動器，用于選擇性地將該蓄電池組的電壓與馬達和/或者充電器斷開以及將該蓄電池組的電壓與該馬達和/或者充電器連接。優(yōu)選地，該主控模塊可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為該主控模塊的微處理器單元可讀的數(shù)字電流讀數(shù)，所述模擬信號表示流過該蓄電池組的電流信號。優(yōu)選地，主控模塊可以進一步包括RS485和RS232型通信接口至少之一。優(yōu)選地，該主控模塊可以用于根據(jù)該多個控制模塊的至少一個傳感器監(jiān)視的運行特性，確定該多個蓄電池單元至少之一的充電狀態(tài)。優(yōu)選地，該主控模塊可以用于根據(jù)該多個控制模塊的至少一個傳感器監(jiān)視的運行特性，確定該蓄電池單元至少之一的健康狀態(tài)。優(yōu)選地，該主控模塊可操作地連接到有源平衡電路，所述有源平衡電路響應(yīng)該主控模塊輸出的控制信號，有源地使該蓄電池組內(nèi)的多個蓄電池單元實現(xiàn)平衡。通常，根據(jù)該多個蓄電池單元的充電狀態(tài)，該主控模塊可以用于將控制信號輸出到該有源平衡電路。優(yōu)選地，本發(fā)明可以包括數(shù)據(jù)記錄模塊，用于監(jiān)視并存儲表示該蓄電池單元的運行歷史的數(shù)據(jù)。通常，該數(shù)據(jù)包括如下至少之一(a)最小、最大和平均電壓讀數(shù)；(b)最小、最大和平均電流讀數(shù)；(c)最小、最大和平均溫度讀數(shù)；(d)超限運行事件的詳情，包括這種超限運行事件的時間、程度和頻度；以及(e)蓄電池充電次數(shù)。優(yōu)選地，本發(fā)明可以包括自檢與診斷模塊，用于執(zhí)行包括該微處理器、傳感器、隔離電路、串聯(lián)連接和通信網(wǎng)絡(luò)的蓄電池控制系統(tǒng)的自檢和診斷。優(yōu)選地，本發(fā)明可以包括故障管理模塊，用于根據(jù)在該蓄電池單元上檢測到的故障，執(zhí)行故障安全協(xié)議。通常，該故障可以包括該蓄電池組的超限情況和該蓄電池單元泄漏至少之一。優(yōu)選地，該故障安全協(xié)議包括如下至少之一(a)將該多個蓄電池單元至少之一與該馬達和/或者充電器斷開；以及(b)將指示該被檢故障的報警送到該車輛用戶。優(yōu)選地，本發(fā)明包括驗證與識別模塊，用于記錄包括如下至少之一的有關(guān)蓄電池組的信息(a)識別該蓄電池組的制造商的信息；(b)識別該蓄電池組的標(biāo)稱和蓄電池單元化學(xué)性質(zhì)的信息；(c)識別與制造該蓄電池組相關(guān)的批號和序列號的信息；以及(d)識別該蓄電池組的生產(chǎn)日期的信息。優(yōu)選地，該車輛控制系統(tǒng)還可以包括可操作地連接到該主控模塊的可視顯示器， 其中作為對從該主控模塊收到的控制信號的響應(yīng)，該可視顯示器可以用于顯示指示如下至少之一的信息(a)該多個蓄電池單元至少之一的充電狀態(tài)；(b)該多個蓄電池單元至少之一的健康狀態(tài)；(c)該多個蓄電池單元至少之一、該蓄電池組的溫度或者蓄電池單元溫差；(d)指示連接到該車輛的馬達的該蓄電池組的電壓的車速；(e)檢測到的該蓄電池單元的故障情況；以及(f)檢測到的過電壓故障和/或者欠壓故障。優(yōu)選地，該數(shù)據(jù)記錄模塊、該自檢與診斷模塊、該故障管理模塊、該驗證與識別模塊、以及該熱控制器至少之一可以包括，存儲在該主控模塊上的、可由該主控模塊的微處理器執(zhí)行的計算機程序。


根據(jù)下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的非限制性優(yōu)選實施例所做的詳細描述，可以更全面理解本發(fā)明，其中圖1示出與混合動力電動車輛的蓄電池組和其他系統(tǒng)交互的蓄電池控制系統(tǒng)的第一實施例的功能方框圖；圖2示出與混合動力電動車輛的多個蓄電池組和其他系統(tǒng)交互的蓄電池控制系統(tǒng)的第一實施例的另一個方面；圖3示出通過混合動力電動車輛的控制器局域網(wǎng)，可通信地并聯(lián)的主控制模塊和多個從屬模塊；圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的主控模塊的功能方框圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的從屬控制模塊的功能方框圖；以及圖6示出用于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的蓄電池組的動態(tài)平衡蓄電池單元的動態(tài)平衡電路的原理圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，參考圖1至圖6，描述用于控制混合動力電動車輛或者電動車輛的蓄電池組 3和其他系統(tǒng)的蓄電池控制系統(tǒng)1的第一實施例。該蓄電池控制系統(tǒng)1包括主控模塊10和
7多個從屬控制模塊11，如圖3所示，它們通過控制器局域網(wǎng)(controller area network) 2 互相并聯(lián)，從而便于在它們之間進行通信。此外，該主控模塊10還適于通過RS232和/或者RS485型通信接口，任選地與該車輛的其他系統(tǒng)通信。方便地，該蓄電池控制系統(tǒng)1可以改變規(guī)模，即，用于控制該蓄電池組3的控制模塊10，11的所需數(shù)量，可以根據(jù)該車輛的蓄電池組3的具體電壓容量選擇性地配置。通常， 在許多電動車輛和混合動力電動車輛中，1-9個控制模塊通常適于控制12-1000V的蓄電池組3電壓。如果蓄電池單元的數(shù)量不超過36V，則只需使用一個主模塊來控制該蓄電池組。 如果包括大于36V的蓄電池單元，則通常配置幾個從屬模塊和一個主模塊，用于控制該蓄電池組。例如，通過用作用戶輸入裝置的觸摸屏LCD顯示器，可以有效配置與給定電壓容量的蓄電池組系統(tǒng)一起使用的蓄電池控制系統(tǒng)。圖1示出通過控制器局域網(wǎng)2，與該車輛的各種系統(tǒng)功能互連的蓄電池控制系統(tǒng)1 的第一實施例。這種系統(tǒng)包括該車輛的蓄電池組3、電動馬達4和用于驅(qū)動馬達4的相關(guān)馬達驅(qū)動器5、車載蓄電池充電器6、以及包括液晶顯示器(LCD) 7a和諸如加速踏板的車速控制器7b的車輛控制系統(tǒng)。該車輛包括幾個用于對電動馬達4供電的蓄電池組3，如圖2所示。在該實施例中，采用高容量蓄電池組3，諸如鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、金屬氫化物一鎳蓄電池、鋰離子蓄電池或者鋰聚合物電池。通過布置在該蓄電池組3與該電動馬達4的正極總線和負極總線9a，9b之間的蓄電池接觸器8a，8b，蓄電池組3能夠選擇性地與該電動馬達4連接和斷開。該蓄電池組3分別包括多個獨立蓄電池單元(Bi. . . ，它們電連接在一起，以提供該蓄電池組3的總體電壓。為了便于理解第一實施例，每個從屬控制模塊和主控模塊被分別分配，以便單獨監(jiān)視獨立蓄電池組3的蓄電池單元，如圖3所示。然而，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，給定的從屬控制模塊和主控模塊可以被配置，以監(jiān)視跨越一個以上蓄電池組的許多電池單元，或者多個控制模塊可以被配置，以監(jiān)視單個蓄電池組中的蓄電池單元。在該實施例中，該車輛的電動馬達4或者是帶電刷的直流馬達、又或者是無電刷的直流馬達、又或者是交流異步馬達又或者牽引馬達。該馬達驅(qū)動器5適于電連接在該蓄電池組3與馬達4之間。馬達驅(qū)動器5還可通信地連接到該電池控制系統(tǒng)1的主控模塊 10。當(dāng)用戶通過該車輛的車輛加速踏板7b輸入速度命令時，該速度命令被接收，作為該主控模塊10的輸入。接著，該主控模塊10將該速度命令轉(zhuǎn)換為該馬達驅(qū)動器5可讀的命令， 然后，指示該馬達驅(qū)動器5調(diào)整從該蓄電池組3送到馬達4的、以要求的速度驅(qū)動馬達4所需的電量。如果采用直流馬達，則該馬達驅(qū)動器5可以被配置，以通過將該蓄電池組3的直流電壓輸出適當(dāng)脈沖調(diào)制到所要求的直流電壓電平，調(diào)整所提供的直流電量。作為一種選擇，如果采用交流馬達，則該馬達驅(qū)動器5可以被配置，以將該蓄電池組3的直流電壓轉(zhuǎn)換為適當(dāng)相位、振幅和極性的三相交流電壓，用于以要求的速度驅(qū)動該交流馬達。該車載蓄電池充電器6是適于對蓄電池組3提供較慢充電的低功率裝置。蓄電池控制系統(tǒng)1還被配置，以使蓄電池組3與外部蓄電池充電站12可控通信。該外部蓄電池充電站12是以較高電流對蓄電池組3快速充電的大功率裝置。車輛控制系統(tǒng)的IXD7a位于車輛儀表盤上，并且對車輛用戶顯示信息，包括蓄電池組的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)、蓄電池單元(Bi... Bn)的溫度、車輛的速度、超限的可視報警和聲頻報警指示符和/或者蓄電池組3的故障情況、以及在自檢和診斷時，檢測到蓄電池控制系統(tǒng)上發(fā)生故障的可視報警和聲頻報警指示符。通過控制器局域網(wǎng)2或者單獨RS232或者RS485型通信接口，該蓄電池控制系統(tǒng)1可通信地連接到IXD7a，以致根據(jù)該蓄電池控制系統(tǒng)1監(jiān)視的車輛的蓄電池組3和其他系統(tǒng)的運行特性，IXD7a上顯示的信息可以被不停地更新。如上所述，該車輛控制系統(tǒng)還包括加速踏板7b，該加速踏板7b通過電位器與該蓄電池控制系統(tǒng)1的主控模塊10通信。該電位器將加速踏板7b的物理位置轉(zhuǎn)化為被送到該蓄電池控制系統(tǒng)1的速度控制信號。接著，通過設(shè)置速度、電流和功率命令，該蓄電池控制系統(tǒng)1通過控制器局域網(wǎng)2將速度命令送到馬達驅(qū)動器5，以使該馬達驅(qū)動器5以要求的速度驅(qū)動馬達4。如圖5所示，每個從屬控制模塊11分別包括8位微處理器Ila ；3個集成電路測量傳感器11b，用于感測蓄電池組3中的各蓄電池單元(Bi. . . Bn)的各種運行特性；光隔離器11c，用于防止微處理器Ila承受蓄電池組3的較高電壓；以及通信模塊lie，允許每個從屬控制模塊11通過控制器局域網(wǎng)2可通信地并聯(lián)。每個從屬控制模塊11還被配置了唯一硬件地址llf，以便能夠在通過控制器局域網(wǎng)2通信時，正確識別。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易想到，在該實施例中，盡管選擇8位微處理器Ila用作從屬控制模塊11的微處理器， 但是作為一種選擇，具有適當(dāng)功能的任意低成本微處理器都可以被采用。每個從屬控制模塊11上的集成電路測量傳感器lib通過串行外設(shè)接口(serial peripheral interface) Ild與微處理器Ila串聯(lián)。在該實施例中，每個集成電路測量傳感器 lib都可以測量其指定的蓄電池組3中的多達12個蓄電池單元。該傳感器lib每100毫秒測量一次諸如蓄電池單元兩端的電壓以及蓄電池單元的溫度這種運行特性。通過串行外設(shè)接口 lld，該測量讀數(shù)從該傳感器傳送到從屬控制模塊11的微處理器11a。微處理器將通過串行外設(shè)接口 Ild收到的傳感器讀數(shù)變換為適于通過控制器局域網(wǎng)2與其他控制模塊， 特別是主控模塊10，通信的格式。光隔離器Ilc還沿串行外設(shè)接口 Ild與集成電路測量傳感器lib和微處理器Ila 串聯(lián)，以防止微處理器Ila受蓄電池組3的較高電壓和電磁干擾的影響。因為該傳感器lib 和光隔離器Ild被配置為與微處理器Ila串聯(lián)，所以需要較少的部件，并且這樣可以降低該蓄電池控制系統(tǒng)1的成本和復(fù)雜性。圖4示出主控模塊10的體系結(jié)構(gòu)，與從屬控制模塊11的情況相同，它包括微處理器IOa ；3個集成電路測量傳感器10b，用于感測蓄電池組3中的各蓄電池單元(Bi. . . Bn) 的各種運行特性；光隔離器10c，用于防止微處理器IOa受蓄電池組3的較高電壓的影響； 以及通信模塊10e，用于通過控制器，應(yīng)當(dāng)是局域網(wǎng)2，與并聯(lián)的從屬控制模塊11和其他車輛系統(tǒng)通信。主控模塊10還被配置了唯一硬件地址10f，以便在通過控制器局域網(wǎng)2通信時能夠正確識別。主控模塊10的微處理器IOa是功能更強大的32位微處理器10a，用于執(zhí)行蓄電池控制系統(tǒng)1的各種處理和控制功能。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易明白，盡管在該實施例中，32位微處理器IOa被選擇用作主控模塊10的微處理器，但是可以替換使用適當(dāng)功能的任何低成本的微處理器。該主控模塊10還包括電流傳感器10g，用于感測流過蓄電池組3的電流；模數(shù)轉(zhuǎn)換器10k，用于將模擬信號電流讀數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以便由32位微處理器IOa處理；接觸器驅(qū)動器10h，用于根據(jù)來自蓄電池組3的功率是與電動馬達4或者充電器6、12連接還是斷開，選擇性地與接觸器8a、8b、14b連接和斷開；風(fēng)扇/加熱器IOi響應(yīng)熱控制器，用于控制蓄電池組(Bi...Bn)的溫度；以及附加RS232和/或者RS485型通信接口 10j，以在該32位微處理器IOa與其他車輛系統(tǒng)之間通信。該32位微處理器IOa接收通過模數(shù)接口 IOk來自電流傳感器IOg的電流讀數(shù)、 每個從屬控制模塊和主控模塊10、11內(nèi)的傳感器IObUlb測量的蓄電池組(Bi...Bn)的溫度讀數(shù)和電壓讀數(shù)、以及通過加速踏板7b輸入的、通過控制器局域網(wǎng)2的速度命令。因此， 針對收到的輸入，主控模塊10包括在32位微處理器10上可執(zhí)行的存儲程序，以執(zhí)行至少實現(xiàn)如下功能之一的算法(a)確定通過蓄電池組3的蓄電池單元的電流信號是否在預(yù)定安全參數(shù)范圍內(nèi)工作；(b)對蓄電池單元(Bi. . . Bn)、蓄電池組3或者單元溫差進行熱控；(c)確定蓄電池單元(Bi. . . Bn)的充電狀態(tài)；(d)確定蓄電池單元(Bi. . . Bn)的健康狀態(tài)；(e)對蓄電池單元(Bi. . . Bn)的充電和放電進行控制；(f)控制蓄電池組3的接觸器；(g)作為對檢測到蓄電池組3工作中的故障的響應(yīng)，對故障管理和蓄電池單元保護進行控制；(h)執(zhí)行蓄電池控制系統(tǒng)1的自檢和診斷；(i)蓄電池組3運行歷史的數(shù)據(jù)記錄；以及(j)驗證和識別蓄電池組3制造信息。在該實施例中，主控模塊10是唯一控制模塊，它可操作地連接到電流傳感器10g。 該電流傳感器IOg產(chǎn)生模擬感測電流信號，它表示例如在對蓄電池組3充電時通過蓄電池組3的電流信號。該大電流模擬信號由模數(shù)接口 IOk轉(zhuǎn)換為0-5V范圍內(nèi)的數(shù)字讀數(shù)，然后， 作為輸入，被饋送到32位微處理器10a，進行處理，以確定蓄電池組3是否在安全運行參數(shù)下運行。例如，如果充電期間，通過蓄電池組3的電流信號被確定為超限運行，則該32位微處理器IOa對接觸器驅(qū)動器IOh輸出控制信號，以使蓄電池組接觸器8a、8b與充電器6、12 斷開，從而減輕所引起的對蓄電池組3的破壞。此外，32位微處理器IOa被配置，以當(dāng)這種故障被檢測到時，與車輛控制系統(tǒng)通信，從而使可視報警顯示在LCD7a上。作為一種選擇和 /或者此外，如果需要，可以輸出聲頻報警。該主控模塊10進一步包括數(shù)據(jù)記錄模塊，它監(jiān)視并存儲表示蓄電池組3的運行歷史的數(shù)據(jù)。特別是，這種數(shù)據(jù)可以包括電壓和電流讀數(shù)、溫度讀數(shù)、包括這種超限運行事件的時間、程度和頻度的超限運行事件的詳情、蓄電池充電次數(shù)、等等。在該實施例中，該數(shù)據(jù)記錄模塊由存儲在主控模塊10上的、可以由主控模塊10的微處理器IOa執(zhí)行的計算機程序予以實現(xiàn)，以執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄功能。風(fēng)扇/加熱器IOi對來自熱控制器的控制信號做出響應(yīng)，以根據(jù)從屬控制模塊和主控模塊10、11的傳感器IObUlb測量的蓄電池單元(Bi. . . Bn)和/或者蓄電池組3的內(nèi)部溫度和周圍環(huán)境溫度，加熱或者冷卻特定蓄電池單元(Bi... Bn)或者整個蓄電池組，該熱控制器包括32位微處理器IOa上可執(zhí)行的計算機程序。這些熱測量值可以周期性地送到主控模塊10，該主控模塊10負責(zé)決定，蓄電池組3中的特定蓄電池單元(Bi. . . Bn)是需要加熱還是冷卻。
根據(jù)通過控制器局域網(wǎng)2從控制模塊10、11收到的傳感器讀數(shù)，主控模塊10的 32位微處理器IOa確定蓄電池單元(B1...&1)的充電狀態(tài)。蓄電池單元的充電狀態(tài)從32 位微處理器IOa送到車輛控制系統(tǒng)，然后，它顯示在IXD7a上作為燃油表讀數(shù)。蓄電池單元(B1...&1)的充電狀態(tài)測量值也由32位微處理器IOa處理，以確定，是否為了減輕各蓄電池單元(Bi... Bn)過電壓而要求蓄電池單元平衡。下面，將進一步描述蓄電池單元平衡。 蓄電池單元(Bi... Bn)的充電狀態(tài)讀數(shù)也由32位微處理器IOa處理，以確定該蓄電池單元 (Bi. . . Bn)的充電過程結(jié)束。主控模塊10還包括故障管理模塊，用于在檢測到故障時，執(zhí)行故障安全協(xié)議，從而保護蓄電池單元(B1...&1)。這種故障包括，不僅在蓄電池組3充電時，而且在蓄電池組 3通常運行時，在蓄電池單元(Bi... Bn)上檢測到的超限運行情況、泄漏等等。作為對檢測到故障情況的響應(yīng)，該故障管理模塊被配置，以執(zhí)行故障安全過程，包括使蓄電池組接觸器 8a、8b與充電器6、12斷開和使故障報警顯示在LCD7a上。在該實施例中，故障管理模塊由存儲在主控模塊10上的、可由主控模塊10的微處理器IOa執(zhí)行的計算機程序予以實現(xiàn)，從而執(zhí)行故障管理功能和故障安全保護功能。對蓄電池單元過充電是蓄電池組3發(fā)生故障的主要原因，需要被監(jiān)視和正確控制，以確保蓄電池組3的使用壽命。該故障管理模塊至少在兩個方面有助于防止蓄電池組 3免受該問題的影響。首先，它根據(jù)測量到的蓄電池單元(B1...&1)的充電狀態(tài)，監(jiān)視充電過程結(jié)束，然后，通過接觸器驅(qū)動器10h，將適當(dāng)控制信號輸出到蓄電池組接觸器8a、8b，以使該蓄電池組3與充電器6、12斷開。其次，故障管理模塊監(jiān)視，流過蓄電池組3的電流信號是否超過充電的安全運行參數(shù)，并且如果超過安全運行參數(shù)，則斷開蓄電池組接觸器8a、 8b。主控模塊10還包括自檢與診斷模塊，它被配置，以在對系統(tǒng)1加電時，對蓄電池控制系統(tǒng)1的關(guān)鍵部件進行自檢和診斷，以確認該系統(tǒng)正確工作。在該實施例中，自檢和診斷還可以由在主控模塊10的32位微處理器IOa上可執(zhí)行的計算機程序予以實現(xiàn)，以測試和診斷從屬控制模塊和主控模塊10、11、傳感器10b、llb、光隔離器10c、llc、串行外設(shè)接口 10d、lld、控制器局域網(wǎng)2以及相關(guān)系統(tǒng)在運行中的任何故障。如果這種故障被診斷到，則通過車輛控制系統(tǒng)的LCD7a，對車輛用戶指示該故障。然后，用戶可以對蓄電池控制系統(tǒng)1 做適當(dāng)維護，以糾正檢測到的故障。在該實施例中，自檢與診斷模塊由存儲在主控模塊11 上的、可以由主控模塊10的微處理器IOa執(zhí)行的計算機程序予以實現(xiàn)，以執(zhí)行自檢和診斷功能。由于直至最終蓄電池組3不能再使用或者廢棄前隨著使用和使用期限發(fā)生的不可逆物理變化和化學(xué)變化，在蓄電池組3的使用期內(nèi)，其性能或者“健康”會趨于逐步惡化。因此，該主控模塊10進一步包括健康狀態(tài)模塊，用于確定蓄電池組3的健康狀態(tài)，即， 指示蓄電池組3的正常情況以及它們提供其相對于預(yù)定性能水平的指定性能的能力。在車輛運行的情況下，為了確保在需要時車輛的緊急電源設(shè)備處于備用狀態(tài)，確定蓄電池組3 的健康狀態(tài)特別重要。存儲在數(shù)據(jù)記錄器內(nèi)的傳感器讀數(shù)可以由主控模塊10訪問，以計算蓄電池組3的健康狀態(tài)指示的各種參數(shù)，諸如充電接受率、內(nèi)部電阻/電導(dǎo)、蓄電池單元 (Bi. . . Bn)的電壓和自放電、以及蓄電池單元(Bi... Bn)溫度。當(dāng)因為蓄電池組3的健康狀態(tài)由不能滿足預(yù)定閾值水平的主控模塊10確定，而被認為不再適于使用時，主控模塊10適于將該健康狀態(tài)情況送到車輛控制系統(tǒng)，以作為報警指示符顯示在IXD7a上。因此，該車輛的用戶能夠?qū)π铍姵亟M3之一或者全部進行維護和/或者更換。如圖6所示，還設(shè)置了平衡電路16，以對特定蓄電池單元中的弱項進行補償，否則，可能導(dǎo)致蓄電池組3故障。在第一實施例中，采用有源平衡，以使蓄電池單元平衡。與各蓄電池單元(Bi... Bn)上的功率耗散在電阻器兩端使蓄電池單元(Bi... 平衡的無源平衡不同，對于在平衡進程中使蓄電池單元(Bi... Bn)上的能量保存在變壓器的磁場中，有源平衡比較有效。如圖6所示，該實施例的有源平衡電路16包括變壓器的初級繞組16a， 連接在蓄電池組3的全部蓄電池單元(Bi... Bn)的兩端；以及變壓器的次級繞組16b，分別連接在蓄電池單元(Bi. . . Bn)的每個蓄電池單元的或者蓄電池單元組的兩端。平衡電路16 可操作地連接到主控模塊10，并且作為對主控模塊10輸出的控制信號的響應(yīng)，按要求執(zhí)行電池單元平衡。主控模塊10從主控模塊和從屬控制模塊10、11收到蓄電池組3中的全部蓄電池單元(Bi. . . Bn)的電壓讀數(shù)后，蓄電池單元(Bi. . . Bn)的特定電壓和平均電壓被處理，以計算各蓄電池單元(B1...&1)的充電狀態(tài)。在該實施例中，微處理器IOa激活有源平衡電路 16，以每當(dāng)任意給定蓄電池單元的最高充電狀態(tài)與任意給定蓄電池單元的最低充電狀態(tài)的偏差大于3%時，對蓄電池單元(Bi... Bn)執(zhí)行有源平衡。有源平衡電路16繼續(xù)工作，直到蓄電池單元(Bi... Bn)之間的充電狀態(tài)偏差落入3%偏差的范圍內(nèi)。作為例子，在有源平衡時，如果蓄電池單元B3被確定具有最高電壓(即，最高充電狀態(tài))，則開關(guān)S和主開關(guān) T均閉合，以使來自蓄電池單元B3的能量存儲在變壓器內(nèi)，作為磁場。還識別與平均值具有最大偏差的蓄電池單元(Bi... &1)，并且如果其電壓低于蓄電池單元(B1...&1)的平均電壓，則它被主控模塊10選擇，以利用存儲在該磁場中的能量充電。例如，如果蓄電池單元 B2是與平均單元電壓具有最大偏差的蓄電池單元，并且低于該平均單元電壓，則開關(guān)S2被閉合，而主開關(guān)T被打開，以使蓄電池單元B3上的存儲能量流入蓄電池單元B2，從而有效實現(xiàn)蓄電池單元(Bi. . . Bn)平衡。如圖2所示，主控模塊10還可操作地連接到預(yù)充電電路14，在加電時，該預(yù)充電電路14支持對施加到電動馬達4的電壓的升壓時間進行控制，以減輕對該電動馬達4施加的過電壓。在該電路中，預(yù)充電電阻器Ha和預(yù)充電接觸器14b被串聯(lián)布置。當(dāng)加電時，如果電動馬達4的正極總線9a與負極總線9b之間的電壓低于蓄電池組3的總電壓的80%，則該預(yù)充電接觸器14b被接通。當(dāng)該電壓超過80%時，則接觸器8a被首先接通，接著斷開該并聯(lián)通路上的預(yù)充電接觸器14b。在蓄電池組3與預(yù)充電電路14之間還布置了高壓熔斷器 15，該熔斷器15被配置，以當(dāng)流過熔斷器15的電流超過預(yù)定閾值時，斷開該電路。因此，該高壓熔斷器15有助于防止蓄電池單元被破壞。主控模塊10還包括識別與驗證模塊，用于記錄關(guān)于蓄電池組3的信息，諸如制造商的型號標(biāo)稱(type designation)、蓄電池單元的化學(xué)性質(zhì)、制造批號和序列號、制造日期等等。在該實施例中，識別與驗證模塊由存儲在主控模塊10上的、可以由主控模塊10的微處理器IOa執(zhí)行的計算機程序?qū)崿F(xiàn)，以執(zhí)行識別和驗證功能。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，除了具體描述的內(nèi)容，還可以對在此描述的本發(fā)明進行各種變型和修改。所有這些變型和修改對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，它們均應(yīng)當(dāng)被認為落入在此廣泛描述的本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明包括所有這些變型和修改。本發(fā)明還包括本說明書中單獨或者一起引用的或者指出的所有步驟和特征，以及任意兩個或者更多個所述步驟或者特征的任意組合和全部組合。 本說明書中對現(xiàn)有技術(shù)的引用不被認為，也不應(yīng)當(dāng)被認為是對該現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成部分公知常識的認可或者任何形式的建議。
權(quán)利要求
1.一種用于控制車輛的蓄電池組的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池組包括多個在該蓄電池組內(nèi)電連接在一起的蓄電池單元，以產(chǎn)生所述的蓄電池組的輸出電壓，其中所述的系統(tǒng)包括多個控制模塊，每個控制模塊包括(a)微處理器；(b)至少一個傳感器，用于監(jiān)視所述的多個蓄電池單元中的至少一個的運行特性，所述至少一個傳感器通過串聯(lián)連接與所述的微處理器可通信地連接；(c)隔離電路，所述的隔離電路通過所述的串聯(lián)連接可通信地與所述的微處理器和至少一個傳感器連接，其中所述的隔離電路用于將所述的微處理器與所述的蓄電池組的較高電壓隔離；(d)通信單元，所述的通信單元與所述的微處理器可通信地連接，以通過通信網(wǎng)絡(luò)將所述的至少一個傳感器監(jiān)視到的運行特性送到其他控制模塊，其中所述的控制模塊的所述通信單元以并行方式與所述的通信網(wǎng)絡(luò)通信；以及其中所述的多個控制模塊中的至少一個被指定為主控模塊，用于根據(jù)所述的多個控制模塊感測到的運行特性，輸出控制信號，以控制所述的多個蓄電池單元的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的車輛包括電動車輛和混合動力電動車輛中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的通信網(wǎng)絡(luò)包括控制器局域網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的多個控制模塊中的每個均被配置了唯一硬件地址，以通過所述的控制器局域網(wǎng)進行通信時，能夠識別。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的串聯(lián)連接包括串行外設(shè)接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個傳感器包括集成電路測量傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的多個控制模塊中的每個都包括一至三個傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個傳感器監(jiān)視的運行特性包括以下至少一個與被監(jiān)視的多個蓄電池單元的至少一個相關(guān)的電壓信號、 電流信號和溫度測量值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的至少一個傳感器用于至少每隔100毫秒監(jiān)視一次所述的多個蓄電池單元的至少一個的運行特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離電路包括光隔離
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的多個控制模塊的每一個分別至少包括8位微處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊包括32位微處理器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊包括熱控制器，用于響應(yīng)所述的多個控制模塊的至少一個傳感器所確定的溫度測量值，控制所述的蓄電池組的所述的多個蓄電池單元的至少一個的溫度及蓄電池單元溫差。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊包括接觸器驅(qū)動器，用于選擇性地將所述的蓄電池組的電壓與馬達和/或者充電器斷開，以及將所述的蓄電池組的電壓與所述的馬達和/或者充電器連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為所述的主控模塊的微處理器單元可讀的數(shù)字電流讀數(shù)，所述模擬信號表示流過所述的蓄電池單元的至少一個的電流信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊進一步包括 RS485型通信接口和RS232型通信接口的至少一個。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊用于根據(jù)所述的多個控制模塊的至少一個傳感器所監(jiān)視的運行特性，確定所述的多個蓄電池單元的至少一個的充電狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊用于根據(jù)所述的多個控制模塊的至少一個傳感器所監(jiān)視的運行特性，確定所述的蓄電池單元的至少一個的健康狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊可操作地連接到有源平衡電路，所述有源平衡電路響應(yīng)所述的主控模塊輸出的控制信號，有源地使所述的蓄電池組內(nèi)的多個蓄電池單元實現(xiàn)平衡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊用于將控制信號輸出到所述的有源平衡電路，以根據(jù)所述的多個蓄電池單元的充電狀態(tài)，平衡所述的多個蓄電池單元。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)記錄模塊，用于監(jiān)視并存儲表示所述的蓄電池單元的運行歷史的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括以下至少一個(a)最小、最大和平均電壓讀數(shù)；(b)最小、最大和平均電流讀數(shù)；(c)最小、最大和平均溫度讀數(shù)；(d)超限運行事件的詳情，包括這種超限運行事件的時間、程度和頻度；以及(e)蓄電池充電次數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括自檢與診斷模塊，用于執(zhí)行包括所述的微處理器、傳感器、隔離電路、串聯(lián)連接和通信網(wǎng)絡(luò)的蓄電池控制系統(tǒng)的自檢和診斷。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括故障管理模塊，用于根據(jù)在所述的蓄電池單元上檢測到的故障，執(zhí)行故障安全協(xié)議，所述故障包括所述的蓄電池組的超限情況和所述的蓄電池單元泄漏的至少一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的故障安全協(xié)議包括以下至少一項(a)將所述的多個蓄電池單元的至少一個與所述的馬達和/或者充電器斷開；以及(b)將指示所述的被檢故障的報警送到所述的車輛用戶。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括驗證與識別模塊，用于記錄包括以下至少一個關(guān)于所述的蓄電池組的信息(a)識別所述的蓄電池組的制造商的信息；(b)識別所述的蓄電池組的標(biāo)稱和蓄電池單元化學(xué)性質(zhì)的信息；(c)識別與制造所述的蓄電池組相關(guān)的批號和序列號的信息；以及(d)識別所述的蓄電池組的生產(chǎn)日期的信息。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池控制系統(tǒng)，特征在于，所述的車輛控制系統(tǒng)包括可操作地連接到所述的主控模塊的顯示器，其中所述的顯示器適于響應(yīng)對從所述的主控模塊收到的控制信號來表示以下至少一項的信息(a)所述的多個蓄電池單元的至少一個的充電狀態(tài)；(b)所述的多個蓄電池單元的至少一個的健康狀態(tài)；(c)所述的多個蓄電池單元的至少之一個的溫度；(d)用來表示車速的連接到所述的車輛馬達的蓄電池組的電壓；(e)檢測到的所述的蓄電池單元的故障情況；以及(f)本發(fā)明中檢測到的故障。
27.根據(jù)權(quán)利要求22至洲中的任何一項所述的蓄電池控制系統(tǒng)，特征在于，所述的數(shù)據(jù)記錄模塊、所述的自檢與診斷模塊、所述的故障管理模塊以及所述的驗證與識別模塊中的至少一個包括存儲在所述的主控模塊上的、可以由所述的主控模塊的微處理器執(zhí)行的計算機程序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制車輛中的蓄電池組的蓄電池控制系統(tǒng)，蓄電池組包括蓄電池單元，該系統(tǒng)包括多個控制模塊，分別包括(a)微處理器；(b)至少一個傳感器，用于監(jiān)視該多個蓄電池單元的運行特性，傳感器通過串聯(lián)連接與微處理器可通信地連接；(c)隔離電路，通過串聯(lián)連接，與微處理器和傳感器連接，隔離電路用于將該微處理器與蓄電池組的較高電壓隔離；(d)通信單元，與微處理器連接，通過通信網(wǎng)絡(luò)將該至少一個傳感器監(jiān)視到的運行特性送到其他控制模塊，其中該控制模塊的通信單元以并行方式與通信網(wǎng)絡(luò)通信；多個控制模塊至少之一被指定為主控模塊，用于根據(jù)控制模塊感測到的運行特性，輸出控制信號，以控制多個蓄電池單元的運行。
文檔編號H02J7/00GK102447275SQ20101050403
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者司徒立新, 岑雅賢, 李顯達, 馬海波 申請人:汽車零部件研究及發(fā)展中心有限公司