具有多個(gè)電池組電池的電池組的電池組管理系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于具有多個(gè)串聯(lián)的電池組電池(Batteriezelle)的電池組的電池組管理系統(tǒng)，其中該電池組管理系統(tǒng)具有電池組控制設(shè)備、多個(gè)可用來(lái)分別測(cè)量一個(gè)或者多個(gè)電池組電池的電壓的低壓測(cè)量裝置以及下列部件中的至少一個(gè):一個(gè)或者多個(gè)用于在多個(gè)或者所有電池組電池上的電壓的高壓測(cè)量裝置、至少一個(gè)可用來(lái)測(cè)量電池組的或者經(jīng)過(guò)電池組的電流的電流測(cè)量裝置和至少一個(gè)包括高壓測(cè)量裝置和電流測(cè)量裝置的測(cè)量模塊。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種電池組和一種用于借助于多個(gè)低壓測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量各個(gè)電池組電池或者多個(gè)電池組電池的群組的多個(gè)低電壓和用于利用高壓測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量多個(gè)或者所有電池組電池的高電壓的方法。在沒(méi)有其它措施的情況下，高電壓利用低壓測(cè)量裝置不再是可測(cè)量的。這里，如下電壓被稱作高電壓:所述電壓超過(guò)一個(gè)或者數(shù)個(gè)串聯(lián)的電池組電池的電壓；按照通行的、一般的限定，這為超過(guò)60V的直流電壓和超過(guò)25V的交流電壓。該概念在電動(dòng)車輛的領(lǐng)域是常用的。較小的電壓在本專利申請(qǐng)中被稱作低電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在用于電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛、尤其是用于與鋰離子電池一起使用的電池組管理系統(tǒng)中，除了低電壓(如比方說(shuō)單個(gè)電池電壓(Einzelzellenspannung))以外還有其它的系統(tǒng)電壓(通常高電壓)、諸如一多個(gè)或者所有電池組電池的高電壓，
一中間電路電壓，
一充電設(shè)備的車載電網(wǎng)電壓，
-低壓一高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)電壓，
被測(cè)量并且被微處理器系統(tǒng)監(jiān)控。來(lái)自電池組或被連接到其上的系統(tǒng)的高壓部分的電壓可以通過(guò)電池組控制設(shè)備的高壓部分被測(cè)量，并且相對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)可以隔離地或電流(galvanisch)分開(kāi)地通過(guò)數(shù)字總線被傳輸?shù)诫姵亟M控制設(shè)備的低壓部分上。各個(gè)電池組電池的單個(gè)電池電壓或者其它的測(cè)量量(如比方說(shuō)單個(gè)電池或者其控制電子裝置的溫度)由獨(dú)立的電池量測(cè)量裝置測(cè)量，并且相對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)被傳送給電池組控制設(shè)備。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過(guò)隔離的或電流分開(kāi)的低壓接口進(jìn)行該傳送。
[0003 ] 電池組控制設(shè)備通常監(jiān)控每個(gè)單個(gè)電池的電池電壓、電池組的總電壓和流經(jīng)電池組電池的串聯(lián)電路的電流。電池組控制設(shè)備和監(jiān)控裝置構(gòu)成的總系統(tǒng)被稱作電池組管理系統(tǒng)。測(cè)量所分配的電池的電壓的特定集成電路(ICs)通常被用于電池電壓測(cè)量。這種1C可以針對(duì)每個(gè)電池被設(shè)置，然而通常利用一個(gè)1C測(cè)量多個(gè)電池的電池電壓，例如每個(gè)1C測(cè)量6到16個(gè)之間的電池的電池電壓。因此可以節(jié)省用于1C的成本。所測(cè)量的電壓值被數(shù)字化并且通過(guò)特定的總線系統(tǒng)(其中電壓測(cè)量裝置通過(guò)接口彼此連接成鏈并且構(gòu)成該總線系統(tǒng)的部分)被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)的接收器。這種總線系統(tǒng)一般被稱作“菊花鏈(Daisy-Chain)”。該總線不只在一個(gè)或者多個(gè)1C的內(nèi)部伸展(verlaufen)。
[0004]在許多情況下，對(duì)于測(cè)量經(jīng)過(guò)電池組電池的串聯(lián)電路的電流來(lái)說(shuō)，只有電流傳感器是必要的，因?yàn)樵撾娏鞅緛?lái)就以相同的強(qiáng)度流經(jīng)所有電池，除非是這些電池在多條支路中彼此并聯(lián)。接著也可以設(shè)置多個(gè)電流傳感器。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這些電流傳感器通過(guò)其它接口或其它總線被連接到電流值的接收器上。
[0005]因而，在電池組監(jiān)控系統(tǒng)(其中電池電壓值和電流值由同一接收器(比方說(shuō)電池組控制設(shè)備)處理)中，針對(duì)電池組控制設(shè)備要設(shè)置兩個(gè)不同的接口。對(duì)于測(cè)量高電壓來(lái)說(shuō)，不是另一電壓傳感器和因此到其數(shù)據(jù)的接收器(比方說(shuō)電池組控制設(shè)備)的第三接口是必要的，就是該高電壓直接由接收器(比方說(shuō)電池組控制設(shè)備)測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)的星座使盡可能同時(shí)地掃描電池電壓值、高電壓值和(如果必要)掃描電流值的同步變得困難。例如，W 02013/007617公開(kāi)了用于電壓測(cè)量裝置的兩條不同的支路的兩條單獨(dú)的總線。
[0006]在圖1中簡(jiǎn)化地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)的體系架構(gòu)。由彼此串聯(lián)的電池組電池(例如直至120塊)組成的電池組支路被模塊化的電池測(cè)量模塊監(jiān)控，所述模塊化的電池測(cè)量模塊分別包括低壓測(cè)量裝置。這些測(cè)量模塊測(cè)量每個(gè)單個(gè)電池的電壓并且檢測(cè)電池組電池和/或其所分配的電子裝置的溫度。測(cè)量值通過(guò)共同的總線被傳送給電池組控制設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，總線接口的拓?fù)浒淳栈ㄦ溤肀粚?shí)施。處于電池測(cè)量模塊的鏈的末端的電池測(cè)量模塊直接地(也就是說(shuō)不通過(guò)其它的電池測(cè)量模塊地)與電池組控制設(shè)備相連。其它的電池測(cè)量模塊利用鏈分別與其前者相連(串聯(lián)原理)。由于在其串聯(lián)電路之內(nèi)的各個(gè)電池組電池之間的電壓偏差(3口&1111111^8￥6^&〖2)，進(jìn)行必需的電平轉(zhuǎn)換(Pegelumsetzung)的特定的開(kāi)關(guān)電路被集成在每個(gè)電池測(cè)量模塊中。
[0007]為了測(cè)量系統(tǒng)電壓，在電池組控制設(shè)備中設(shè)置有具有用于高壓信號(hào)的接口的電路部分。具有高壓電位的信號(hào)被變換為可繼續(xù)處理的低壓信號(hào)，被過(guò)濾并且緊接著被轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)通過(guò)分開(kāi)裝置(Trenneinrichtung)(例如電容式、電感式或者光學(xué)地)被電流分開(kāi)，并且被傳輸給電池組控制設(shè)備的低壓部分而且在那里被處理。
[0008]總共得出多個(gè)到電池組控制設(shè)備的接口，所述多個(gè)接口是必要的，以便檢測(cè)所有必需的系統(tǒng)量。附加地，在時(shí)間同步地檢測(cè)所有的用于算術(shù)繼續(xù)處理的系統(tǒng)量的情況下形成可觀的花費(fèi)。
[0009]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，使用微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital-Wandler)也是公知的，所述微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是電池組控制設(shè)備或者其部分，以便測(cè)量電池組電池或者整個(gè)電池組的電壓或者電流。US 2006/0170389例如公開(kāi)了為了測(cè)量電池組電池的多個(gè)電壓而采用具有多路復(fù)用器的A/D轉(zhuǎn)換器。US 2013/0175976公開(kāi)了將CAN總線與電池組控制系統(tǒng)電隔咼或電流分開(kāi)。
[0010]到目前為止已經(jīng)必要的是，對(duì)于每次可用來(lái)確定電池組的所有電池組電池的狀態(tài)的測(cè)量來(lái)說(shuō)都將多個(gè)信號(hào)通過(guò)多個(gè)不同的總線系統(tǒng)發(fā)送到相對(duì)應(yīng)的測(cè)量裝置。為此，具有不同的協(xié)議的多個(gè)不同的指令是必要的，這意味著在實(shí)施中的增加的花費(fèi)以及在實(shí)施中的增加的計(jì)算花費(fèi)。這在同等程度上也適用于將測(cè)量信號(hào)從測(cè)量裝置傳輸?shù)诫姵亟M控制設(shè)備的指令。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的主題是一種電池組管理系統(tǒng)，所述電池組管理系統(tǒng)具有信號(hào)傳輸裝置，所述信號(hào)傳輸裝置可以將信號(hào)(例如測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào))不僅從低壓測(cè)量裝置，而且從高壓測(cè)量裝置和/或用于測(cè)量流經(jīng)電池組的電流的電流測(cè)量裝置和/或具有高壓測(cè)量裝置和低壓測(cè)量裝置的測(cè)量模塊傳輸?shù)诫姵亟M控制設(shè)備。
[0012]因此，對(duì)于所述測(cè)量外圍設(shè)備(Messperipherie)來(lái)說(shuō)，只有唯一的在電池組控制設(shè)備上的接口還是必要的。相對(duì)應(yīng)地可能的是，在所有被連接的測(cè)量系統(tǒng)中利用只一個(gè)共同的觸發(fā)信號(hào)激活在所有測(cè)量裝置中的測(cè)量。只有如下軟件協(xié)議是必要的:利用所述軟件協(xié)議可以發(fā)送觸發(fā)信號(hào)或詢問(wèn)測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)并且傳輸所述測(cè)量數(shù)據(jù)。也可以詢問(wèn)單個(gè)被連接的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。電池組控制設(shè)備的指令(例如通過(guò)如按照現(xiàn)有技術(shù)的同步命令)的同步不再是必要的。只要所提到的部件在電池組管理系統(tǒng)中存在，它們就具有到信號(hào)傳輸裝置的功能兼容的接口。
[0013]從屬權(quán)利要求表明了本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案。
[0014]在電池組管理系統(tǒng)的優(yōu)選的實(shí)施形式中，信號(hào)傳輸裝置被實(shí)施為多個(gè)測(cè)量裝置的串聯(lián)電路，這可以被稱作菊花鏈總線。在此，往返于電池組控制設(shè)備的數(shù)據(jù)穿過(guò)至少一個(gè)測(cè)量裝置，并且被轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰的測(cè)量裝置。多個(gè)低壓測(cè)量裝置和(多個(gè))高壓測(cè)量裝置尤其是被連接到同一總線。優(yōu)選地，所有測(cè)量裝置都通過(guò)唯一的總線彼此地并且與電池組控制設(shè)備相連。因?yàn)橹挥幸粭l總線是必要的，所以測(cè)量裝置的鋪設(shè)電纜花費(fèi)(Verkabelungsaufwand)整體減少。此外，還得到被改善的可縮放性，而不在接口上形成更多花費(fèi)(Mehraufwand)。其它的測(cè)量裝置例如可以簡(jiǎn)單地被連接到總線或該總線被擴(kuò)展了串聯(lián)電路的其它環(huán)節(jié)(Glied)。有利地，電池組控制設(shè)備的電流分開(kāi)繼續(xù)被簡(jiǎn)化，因?yàn)閷㈦姵亟M控制設(shè)備