具有簡化的監(jiān)管的蓄電池的電池組的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池的電池組的系統(tǒng)（1），包括：多個電化學(xué)電池（4）；電力連接（71、72），其用于將電負(fù)載（55）或再充電電源（8）連接到所述電化學(xué)電池（4）；以及計算機（52），其經(jīng)由電力連接而連接到電化學(xué)電池（4）。該系統(tǒng)還包括多個測量電路（3），其中，每個測量電路鄰接到相應(yīng)電化學(xué)電池，并被配置成：測量相應(yīng)電池的端子處的電壓；以及當(dāng)所測量電壓超過閾值時在相應(yīng)電池的端子處引發(fā)電壓降。計算機（52）被配置成識別所述電壓降。
【專利說明】具有簡化的監(jiān)管的蓄電池的電池組的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明與電化學(xué)蓄電池的電池組有關(guān)。這些電池組能夠例如在電子和混合式運輸工具或嵌入式系統(tǒng)的領(lǐng)域中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)蓄電池通常具有以下量值的標(biāo)稱電壓:
[0003]對于NiMH型電池組而言1.2V,
[0004]對于鋰離子磷酸鐵或LiFeP04技術(shù)而言3.3V,
[0005]對于基于鈷氧化物的鋰離子型技術(shù)而言3.7V
[0006]這些標(biāo)稱電壓對于要被供電的大多數(shù)系統(tǒng)的要求而言過低。為了獲得適當(dāng)?shù)碾妷核?，將多個蓄電池串聯(lián)地連接。為了獲得高值的功率和容量容量，將多組蓄電池串聯(lián)地放置。級的數(shù)目(蓄電池組的數(shù)目)和每級中的并聯(lián)連接的蓄電池的數(shù)目根據(jù)針對電池組所期望的電壓、電流和容量而變。多個蓄電池的關(guān)聯(lián)被稱為蓄電池的電池組。
[0007]蓄電池的充電導(dǎo)致其端子處的電壓的增加。每個蓄電池技術(shù)具有適合于其本身的充電曲線，其例如由針對給定充電電流的蓄電池的電壓隨時間的發(fā)展來定義。
[0008]例如當(dāng)在給定電流下蓄電池已達(dá)到由其電化學(xué)過程定義的標(biāo)稱電壓水平時，將蓄電池視為被充電。如果充電在達(dá)到此電壓之前中斷，則蓄電池未被充滿電。當(dāng)充電已持續(xù)預(yù)定時間或者再次地當(dāng)在蓄電池處于恒定電壓下的情況下充電電流已達(dá)到最小閾值時，也將蓄電池視為被充電。
[0009]由于制造變化，蓄電池實際上具有不同的特性。這些差異當(dāng)電池組是新的時相對低，隨著電池組的蓄電池的不均勻的老化而突出。即使當(dāng)在電池組中將來自同一制造商的蓄電池關(guān)聯(lián)時分散(dispersion)也持續(xù)。一般地由使用不同蓄電池中的電壓測量結(jié)果的控制設(shè)備來監(jiān)管蓄電池的充電。
[0010]基于鈷氧化物的鋰離子型蓄電池的電壓范圍通常在從2.7V至4.2V范圍內(nèi)。在此范圍外的使用可能引發(fā)電池組的蓄電池的不可逆劣化。過度充電可能導(dǎo)致蓄電池的損壞，其由于熱停頓(thermal stalling)現(xiàn)象促進(jìn)老化(由于電解液的劣化)或引起爆炸。因此現(xiàn)有技術(shù)控制設(shè)備監(jiān)視每個蓄電池的充電。因此，當(dāng)被充電最高的蓄電池達(dá)到其操作范圍的上限時，中斷所有蓄電池的充電。充電最少的蓄電池的電壓則等于比該上限低的電壓。[0011 ] 當(dāng)充電最少的蓄電池已達(dá)到操作范圍的下限時,控制設(shè)備也中斷電池組的放電。
[0012]因此存在用以使得控制設(shè)備能夠檢驗每個蓄電池的充電水平的各種已知連接器。為了增加蓄電池的安全水平，使用使得控制設(shè)備能夠檢驗諸如蓄電池的溫度的其他工作參數(shù)的連接器也是慣常做法。
[0013]在已知結(jié)構(gòu)中，當(dāng)存在多個蓄電池時，用于測量電壓和溫度的電路被固定到每個蓄電池上?？刂圃O(shè)備包括由主板(master board)或計算機管理的多個從屬板(slaveboard)，這些板被集中在一起。每個從屬板借助于點到點布線而連接到多個測量電路，例如8個或16個。[0014]在這種結(jié)構(gòu)中，蓄電池處于縮放到高水平的電壓。因此，電壓測量必須被電隔離或者針對高共模電壓進(jìn)行設(shè)計。在汽車中，一般地由專用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)及其附件的供電的12V電池組來對計算機進(jìn)行供電。由于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的電池組被連接到車輛的地線，所以此外能夠證明建立用于從屬板與計算機之間的通信的電隔離是必要的。另外，測量電路與從屬板之間的點到點導(dǎo)線連接要求大量的連接和相當(dāng)大的布線長度。這種設(shè)計因此引起不可忽略的成本和復(fù)雜性。此外，直接連接到蓄電池的點到點導(dǎo)線連接的數(shù)目增加短路的風(fēng)險。這要求特別謹(jǐn)慎地設(shè)計和制造，其尤其意味著保護(hù)電路(熔絲或斷路器)的集成。
[0015]文獻(xiàn)JP2009-089453描述了一種提供有多個串聯(lián)連接蓄電池、用于測量電池組的端子處的電壓的電路、通信電路和控制電路的電池組。當(dāng)電池組的端子處的電壓超過閾值時，通信電路向控制電路告知關(guān)于電壓變化的信息。
[0016]根據(jù)另一已知結(jié)構(gòu)，當(dāng)存在許多蓄電池時，用于測量電壓和溫度的電路被固定到每個蓄電池上。測量電路被連接到同一通信總線。計算機取回由測量電路在此通信總線上傳送的信息。
[0017]這種結(jié)構(gòu)避免了點到點導(dǎo)線連接的缺點。然而，這種結(jié)構(gòu)由于其經(jīng)受的電壓水平而要求存在具有電隔離的特定設(shè)計的總線。因為其被連接到蓄電池內(nèi)的非常高的電壓水平，所以必須非常特別地注意總線的設(shè)計，。因此，必須實現(xiàn)昂貴且復(fù)雜的電隔離，并且此類總線在蓄電池中的集成引起實際問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明旨在解決這些缺點中的一個或多個。本發(fā)明因此與一種蓄電池的電池組的系統(tǒng)有關(guān)，該系統(tǒng)包括:
[0019]-串聯(lián)連接的多個電化學(xué)蓄電池；
[0020]-電力連接，其意圖將電負(fù)載或再充電電源連接到所述電化學(xué)蓄電池；
[0021]-控制設(shè)備，其借助于電力連接而連接到電化學(xué)蓄電池。
[0022]該系統(tǒng)還包括:
[0023]-多個測量電路，這些測量電路中的每一個被附接于相應(yīng)電化學(xué)蓄電池并被配置成測量該相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓；
[0024]-多個通信電路，這些通信電路中的每一個被附接于相應(yīng)電化學(xué)蓄電池，并被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時在該相應(yīng)蓄電池的端子處引發(fā)電壓降。
[0025]控制設(shè)備被配置成識別所述電壓降。
[0026]根據(jù)一個變體，由其相應(yīng)蓄電池對測量電路和通信電路進(jìn)行供電。
[0027]根據(jù)另一變體，通信電路被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時引發(fā)電壓降的交變，其具有在從IOkHz至IMHz范圍內(nèi)的頻率。
[0028]根據(jù)另一變體，通信電路被配置成當(dāng)其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓超過最大充電電壓時或者當(dāng)其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓超過最小放電電壓時，在該蓄電池的端子處引發(fā)電壓降。
[0029]根據(jù)另一變體，通信電路被配置成引發(fā)用于最大充電電壓的電壓降，該最大充電電壓具有比用于最小放電電壓的電壓降的循環(huán)比更大的循環(huán)比。
[0030]根據(jù)一個變體，通信電路被配置成實現(xiàn)不同的電壓降，控制設(shè)備被配置成根據(jù)所實現(xiàn)的電壓降來識別通信電路。
[0031]根據(jù)另一變體，該系統(tǒng)包括:
[0032]-DC/AC轉(zhuǎn)換器，其被連接到電力連接；
[0033]-抑制寄生濾波器，其被插入在轉(zhuǎn)換器與控制設(shè)備之間。
[0034]根據(jù)另一變體，該系統(tǒng)包括超過二十個串聯(lián)連接的蓄電池，電池組的端子處的電壓大于50V。
[0035]根據(jù)另一變體，通信電路被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時引發(fā)其蓄電池的端子處的至少0.1%的電壓降。
[0036]根據(jù)一個變體，通信電路通過其蓄電池的端子之間的電負(fù)載連接而在其蓄電池的端子處引發(fā)電壓降。
[0037]本發(fā)明還與一種用于管理電池組的串聯(lián)電化學(xué)蓄電池的充電的方法有關(guān)，該方法包括以下步驟:
[0038]-借助于被附接于相應(yīng)蓄電池的測量電路來測量蓄電池端子處的電壓；
[0039]-用所述測量電路中的一個來檢測其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓閾值的超過；
[0040]-在已檢測到所述超過的蓄電池的端子處產(chǎn)生電壓降；
[0041]-借助于控制設(shè)備來檢測電壓降，該控制設(shè)備借助于將電負(fù)載或再充電電源連接到所述蓄電池的電力連接而連接到電化學(xué)蓄電池。
[0042]根據(jù)一個變體，該方法包括借助于其相應(yīng)蓄電池對測量電路進(jìn)行供電。
[0043]根據(jù)另一變體，電壓降的產(chǎn)生包括所述蓄電池的端子處的具有在從IOkHz至IMHz范圍內(nèi)的頻率的電壓降的交變。
[0044]根據(jù)另一變體，電壓降的產(chǎn)生包括電元件到所述蓄電池的端子的連接，所述電元件被配置成在連接期間在所述蓄電池的端子處引發(fā)至少0.1%的電壓降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]參考附圖，根據(jù)在下面通過絕非窮舉的指示給出的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將清楚地顯現(xiàn)，在所述附圖中:
[0046]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的蓄電池電池組系統(tǒng)的示意圖；
[0047]-圖2是等效于測量電路及其關(guān)聯(lián)蓄電池的電氣圖；
[0048]-圖3是圖示出電池組中的寄生電感器和電容器的建模的表示；
[0049]-圖4是根據(jù)本發(fā)明的在測量電路中實現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)的示例的表示；
[0050]-圖5是濾波模塊的示例的示意性表示；
[0051]-圖6是產(chǎn)生具有不同循環(huán)比的時鐘信號的振蕩器的示例的示意性表示；以及
[0052]-圖7是表示在編碼的一個變體中的不同傳輸之間測量的相關(guān)性的圖表。
【具體實施方式】
[0053]本發(fā)明提出通過載波電流將由不同傳感器得到的測量結(jié)果傳送至控制設(shè)備。該傳輸通過降低所測量的蓄電池端子處的電壓來完成。測量電路因此被附接于蓄電池并通過將負(fù)載連接到蓄電池的端子而引發(fā)此電壓降。因此借助于串聯(lián)連接蓄電池的電力連接來執(zhí)行該傳輸。[0054]該電壓限制了系統(tǒng)的電隔離的約束并尤其通過減少傳送信息所需的連接布線來降低其成本。
[0055]圖1是為了確保電動機55的驅(qū)動而實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的蓄電池電池組系統(tǒng)I的示意性表示。系統(tǒng)I包括電池組2,其包括串聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池4。電池組2包括許多蓄電池4，根據(jù)所需的電壓和所使用的蓄電池的類型，通常為從20至100個蓄電池。蓄電池4借助于電力連接71而被串聯(lián)連接。每個蓄電池4包括附接到其的電路3。電路3例如通常被固定于其關(guān)聯(lián)元件。電路3具有電壓測量功能以及通信功能。下面用共用術(shù)語“測量電路”來指定電路3。
[0056]電池組2借助于電力連接72而連接到濾波模塊51。被稱為EMC濾波器的電磁抑制寄生濾波器53也借助于電力連接72而連接到電池組2。濾波器53被連接在濾波模塊51與AC/DC轉(zhuǎn)換器54之間。AC/DC轉(zhuǎn)換器54也被連接到電力連接72，并形成電池組2和在交流電下工作的部件、在這種情況下為電動機55和再充電交流電源8之間的接口。
[0057]以本來已知的方式，濾波器53在電動機55的工作期間消除DC網(wǎng)絡(luò)上的電磁干擾。濾波器53尤其對可由功率切換電路針對高充電或放電電流而引發(fā)的高次諧波進(jìn)行濾波。濾波模塊51對由測量電路3提供的信息進(jìn)行解調(diào)。濾波模塊51提供與由測量電路3傳送的信號相對應(yīng)的低壓信號。在這種情況下由計算機52形成的集中式控制設(shè)備被連接到濾波模塊51以取回低壓信號。計算機52能夠由低壓網(wǎng)絡(luò)、例如被嵌入汽車中的網(wǎng)絡(luò)來供電。由于在轉(zhuǎn)換器54與濾波模塊51之間存在濾波器53,由測量電路3傳送的信息并未受到與在轉(zhuǎn)換器54中或電動機55的控制單元中執(zhí)行的斬波有關(guān)系的諧波的干擾。當(dāng)由測量電路傳送的信息片被編碼時，計算機52執(zhí)行解碼以識別例如發(fā)送器測量電路和傳送信息的內(nèi)容(電壓值、高壓閾值警報、低壓閾值警報、蓄電池的溫度等)。每個測量電路3因此能夠具有其自己的編碼，例如用不同脈沖寬度、不同的傳輸模式或不同的傳輸頻率進(jìn)行的編碼。系統(tǒng)I包括使得能夠?qū)崿F(xiàn)電池組2與轉(zhuǎn)換器54之間的電連接的選擇性中斷的裝置。因此能夠選擇性地將電池組2與要供電的電負(fù)載或再充電電源隔離。濾波模塊51可以例如包括斷開電池組與轉(zhuǎn)換器54之間的電連接72的開關(guān)。計算機52傳送例如用于在充電結(jié)束的檢測或最大放電水平的檢測期間斷開此類開關(guān)的命令。計算機還能夠在電池組2已達(dá)到放電閾值時命令由該電池組2放出的電流的減少，以免不得不突然中斷到電負(fù)載55的電力供應(yīng)。
[0058]圖2表示測量電路3及其關(guān)聯(lián)蓄電池4的等效電氣圖。電路3包括臂，該臂包括串聯(lián)的以下各項:功率晶體管32和放電電阻器33。此臂借助于電纜34被并聯(lián)連接到蓄電池4的端子。
[0059]電路34還包括被連接到蓄電池4的端子的微控制器31。微控制器31被配置成提供在蓄電池4的端子處的電壓的測量。微控制器31還可以被配置成測量蓄電池4的其他操作參數(shù)，例如其溫度。
[0060]測量電路3具有:靜態(tài)操作模式，在該靜態(tài)操作模式中其測量蓄電池4的端子處的電壓；和動態(tài)操作模式，在該動態(tài)操作模式中其與計算機52進(jìn)行通信。
[0061]在靜態(tài)操作中，晶體管32是截止的。在此靜態(tài)操作中，微控制器31測量蓄電池4的端子處的電壓。
[0062]在動態(tài)操作中，晶體管32是導(dǎo)通的。在此動態(tài)操作中，微控制器31在實現(xiàn)蓄電池4的端子處的電壓降時與計算機52通信。這些電壓降具有足以被計算機52檢測到的振幅。微控制器31因此通過電力連接71和72用載波電流與計算機52通信。該通信能夠通過預(yù)定頻率下的交變電壓降來獲得。
[0063]根據(jù)簡化模型，將蓄電池4比作與內(nèi)部阻抗器41串聯(lián)連接的DC電壓源42，其數(shù)量級為ΙπιΩ。有利地將包括功率晶體管32和放電電阻器33的電路3的臂的尺寸確定為使得通過此臂的電流相對于電池組2的充電或放電電流而言是不可忽略的?？梢岳缫赃@樣的方式來確定電阻器33的大小，即功率晶體管32的接通引發(fā)蓄電池4中的約0.1%或者甚至1%的電壓降。能夠容易地檢測蓄電池4的端子處的約0.1%的突然電壓降，蓄電池4的端子處的電壓通常經(jīng)歷相對緩慢的變化。還可以用V來表示由電路3引發(fā)的電壓降:電路3因此有利地引發(fā)在從ImV至IOmV范圍內(nèi)的電壓降，使得其可容易地檢測到。電阻器33可以例如具有約3Ω的電阻值。因此，如果蓄電池被100Α的電流穿過，則電阻器33在晶體管32的接通期間被IA的電流穿過。為了限制電路3中的電流消耗，放電電阻器33具有在傳輸頻率下比蓄電池4的內(nèi)部阻抗大至少50倍的值。
[0064]雖然已基于包括串聯(lián)連接的電阻器33和功率晶體管32的圖描述了測量電路3，但能夠用任何適當(dāng)?shù)难b置來實現(xiàn)此測量電路3，例如通過使用具有使得能夠在蓄電池4中產(chǎn)生所需數(shù)量級的電壓降的傳導(dǎo)電阻的功率晶體管。
[0065]在一個簡化實施例中，測量電路3與計算機52之間的通信是單向通信。此類實施例尤其使得可以降低測量電路3的復(fù)雜性及其靜態(tài)電消耗。然而，還可以設(shè)想在測量電路3與計算機52之間建立雙向通信。
[0066]在測量電路3與計算機52之間用載波電流進(jìn)行的信息傳輸能夠用任何已知調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)。該傳輸尤其能夠在基帶中或通過載波的調(diào)制來實現(xiàn)。
[0067]在測量電路3相互獨立的情況下，多個測量電路3將同時向計算機52傳送信息片是可能的。為了防止這些傳輸之間的干擾，可以以本來已知的方式實現(xiàn)冗余機制或誤差校正器碼。
[0068]全部被串聯(lián)連接的一組蓄電池能夠在高頻下被建模為集總常數(shù)線，如圖3中所示。兩個串聯(lián)連接蓄電池之間的電力連接作用就像電感器LI，并且每個蓄電池相對于車輛的地線而言作用就像電容器C2，并且在兩個串聯(lián)連接蓄電池之間引發(fā)電容Cl。
[0069]在處于寬且短的傳導(dǎo)條形式的蓄電池之間的串聯(lián)連接的電感器LI能夠用以下公式來定義:
[0070]LI 義 0.5* μ o*Lo
[0071]其中，μ 0=1.26 μ H/m且Lo是條的長度。
[0072]因此，針對用于對車輛的電動機供電的電池組的典型尺寸確定而設(shè)想的電感器LI和電容器C2的總計值分別地約為IOOnH和20pF。
[0073]從電池組2包括80個串聯(lián)連接蓄電池4的假設(shè)開始，電池組2在IOOMHz以上的截止頻率的情況下作用就像具有70歐姆的特性阻抗的線路。
[0074]被選擇用于由測量電路3進(jìn)行的信息傳輸?shù)念l率將有利地遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于此值，并且將例如在從IOkHz至IMHz的范圍內(nèi)。在此頻率范圍內(nèi)，能夠忽視電感器LI和電容器C2的傳輸線效應(yīng)。
[0075]由于高能蓄電池的內(nèi)電阻是相對低的，所以可能認(rèn)為將難以在其端子處產(chǎn)生可測量的電壓變化。然而，本發(fā)明人已注意到，對于超過IkHz的頻率而言，此類蓄電池的電感相比于用于計算阻抗的其電阻而言是占優(yōu)勢的。此外，蓄電池的內(nèi)電阻是高度非線性的。此電阻對于低充電電流或放電電流而言是高的，并且在較高電流下急劇地減小。因此，測量電流3能夠通過對于在IkHz以上的頻率而言足夠高的浪涌電流而引發(fā)可測量的電壓變化。此電壓變化因此而遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于簡單積RXI，其中，R是蓄電池的內(nèi)電阻且I是電阻器33中的電流。
[0076]由于系統(tǒng)I的DC網(wǎng)絡(luò)上的電壓和電流是相對穩(wěn)定的，所以此網(wǎng)絡(luò)處的阻抗的變化是有限的。由于阻抗值是可預(yù)測且穩(wěn)定的，所以通過載波電流進(jìn)行的傳輸?shù)馁|(zhì)量是可預(yù)測且穩(wěn)定的。此外，由充電和放電電流引發(fā)的諧波的頻率是已知且可預(yù)測的。濾波器53因此能夠被具體地設(shè)計成使這些頻率衰減，并且測量電路3的傳輸頻率還可以適合于將其與這些干擾頻率區(qū)別開。電引擎車輛的轉(zhuǎn)換器54的開關(guān)頻率一般地在25kHz的級別上，以免對用戶產(chǎn)生噪聲不適。
[0077]因此，測量電路3的通信頻率有利地在從IOOkHz至IMHz的范圍內(nèi)。
[0078]圖4表示在測量電路3中實現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)的示例。測量電路3包括發(fā)電機34。發(fā)電機34定義基準(zhǔn)電位的差。發(fā)電機34通過電路3到蓄電池4的端子的連接來供電。發(fā)電機34在分壓器5的端子處施加已校準(zhǔn)電位差。分壓器5被配置成定義施加于比較器36的第一輸入端的高閾值電壓和施加于比較器38的第一輸入端的低閾值電壓。蓄電池4的端子處的電壓被施加于比較器36和38的第二輸入端。因此，如果蓄電池4的端子處的電位差大于高閾值，則比較器36轉(zhuǎn)到高狀態(tài)。如果蓄電池4的端子處的電位差在低閾值以下，則比較器38轉(zhuǎn)到高狀態(tài)。
[0079]斬波電路37和39分別被連接到比較器36和比較器38的輸出端。斬波電路37和39在它們處于高狀態(tài)下接收到信號時產(chǎn)生具有不同循環(huán)比的信號。斬波電路37能夠例如產(chǎn)生設(shè)置在90%的循環(huán)比。斬波電路39能夠產(chǎn)生10%的固定循環(huán)比。斬波電路37和39的輸出端被連接到OR門311的輸入端。OR門311的輸出端被連接到功率晶體管32的控制電極。因此，如果蓄電池4的端子處的電位差達(dá)到各電壓閾值中的一個，則功率晶體管32在具有與所達(dá)到的閾值相對應(yīng)的循環(huán)比的預(yù)定義頻率下被接通。因此在此循環(huán)比的情況下蓄電池4的端子處的電壓降低。
[0080]為了限制蓄電池4的放電，測量電路3可以限制其動態(tài)操作的持續(xù)時間。當(dāng)蓄電池4的端子處的電壓超過低截止閾值時，可以中斷由測量電路3進(jìn)行的信息傳輸，以防止已達(dá)到其放電極限的此蓄電池的繼續(xù)充電。
[0081]有利地，斬波電路37的循環(huán)比是相對高的，使得測量電路3能夠用來耗散已達(dá)到高電壓閾值的蓄電池4的充電電流，并且因此參與平衡電池組2的蓄電池4的充電。
[0082]斬波電路39的循環(huán)比有利地是非常低的，使得當(dāng)此蓄電池已達(dá)到其低閾值電壓時,蓄電池4處的電消耗被大大地減少。
[0083]如果由測量電路3進(jìn)行的信息傳輸局限于蓄電池4超過電壓閾值，則測量電路3僅在非常短的持續(xù)時間內(nèi)處于動態(tài)操作中。結(jié)果，平均起來，極大地減少了測量電路3的電消耗。
[0084]雖然本示例描述了模擬解決方案，但還可以以數(shù)字型式來實現(xiàn)測量電路3，例如借助于微控制器。[0085]由于測量電路3永久地由其關(guān)聯(lián)蓄電池4供電，所以此蓄電池在靜態(tài)操作中的消耗必須盡可能低。能夠很容易地用減少的靜態(tài)消耗來實現(xiàn)測量電路3，例如10 μ A至100 μ A的消耗，其對應(yīng)于電化學(xué)蓄電池的普通自放電電流的數(shù)量級。
[0086]當(dāng)然可以向不同循環(huán)比的使用應(yīng)用替換以用于編碼要傳送到計算機52的信息。為了避免來自不同測量電路3的傳輸之間的干擾，很容易基于適當(dāng)?shù)拇a實現(xiàn)朝向計算機52的通信。
[0087]被用于測量電路3與計算機52的通信的編碼因此意圖使得能夠識別此測量電路3且能夠在計算機52處讀取此電路的測量結(jié)果。多個測量電路因此能夠在沒有相互干擾的情況下同時地與計算機52進(jìn)行通信。
[0088]尤其可以使用基于偽隨機序列的擴頻碼。偽隨機序列是一系列比特(O或1)，其看起來是隨機的，但實際上是周期性的。傳送的序列采用符號的名稱。符合相同性質(zhì)的一組可能符號采用代碼名。
[0089]這些序列的兩個特性是有利的:
[0090]1.每個符號的自相關(guān)是高的。高自相關(guān)值被用來識別由解調(diào)器接收到的多個符號之中的一個已傳送符號。
[0091]2.符號之間的互相關(guān)是低的。低互相關(guān)值防止符號間干擾:解調(diào)器然后能夠可靠地將其意思明確地識別，即使其被同時地接收到。
[0092]在一個變化方案中，可以使用基于最大長度序列的代碼(Gold、Walsh、Kasami等)。這些代碼在自相關(guān)方面具有非常高的性能。
[0093]獲取由測量電路3傳送的信號。然后，例如，確定所獲取信號與不同代碼之間的相關(guān)，并且在考慮信噪比和電池間干擾水平時通過基于固定閾值的假設(shè)測試來識別測量電路3及其/[目息ο
[0094]Kasami代碼例如具有自相關(guān)和互相關(guān)的非常好的性質(zhì)。為了檢驗這些性質(zhì)，尤其是用給出16個不同的符號的63位Kasami代碼進(jìn)行測試(足夠用于四個電池和待為每個傳送的三個不同信息值)。在實驗室中對電池組的四個電池用200kHz的位發(fā)送頻率、2Hz的符號發(fā)送頻率和在獲取中的5MHz的采樣頻率執(zhí)行該測試(此頻率高于將在能夠設(shè)想的應(yīng)用中使用的那些，以評定信噪比)。
[0095]圖7表示在200ms的時隙上在計算機52處測量的信號的相關(guān)。在這里，該圖識別由三個不同測量設(shè)備3進(jìn)行的三個符號的傳輸。每個峰值對應(yīng)于不同的符號。由各符號之間的非零互相關(guān)引發(fā)小得多的峰值，然而該非零互相關(guān)是非常有限的。通過對用示波器獲取的粗調(diào)信號執(zhí)行通過相關(guān)進(jìn)行的解調(diào)操作，在沒有任何放大或濾波的情況下估計19.6dB的信噪比。
[0096]為了降低傳輸對電磁噪聲的靈敏度，可以通過例如在IMHz和30MHz之間調(diào)制明顯較高的頻率載波來實現(xiàn)傳輸。該載波能夠在測量電路3中由電路基于石英振蕩器來產(chǎn)生，并且能夠用XOR (異或)型的門來完成調(diào)制。該門的輸入端子接收載波且該門的另一輸入端子接收基帶中的代碼，例如Kasami代碼。因此，在位變化期間用載波的180°相變來實現(xiàn)PSK型相位調(diào)制。
[0097]基于最大長度序列的代碼(m序列型代碼)將有利地根據(jù)可用傳輸速度、要傳送的信息狀態(tài)的數(shù)目或測量電路3的微控制器的存儲器而被參數(shù)化(代碼的長度、相關(guān)的性能水平、符號的數(shù)目)。
[0098]另一變體使用具有零互相關(guān)但較低自相關(guān)的被稱為正交代碼的代碼。
[0099]為了使測量電路3的通信與計算機52的基本功能一致(平衡蓄電池，保護(hù)電池免于過度充電或過度放電)，該通信有利地在傳送的符號之間插入暫停。
[0100]為了限制由測量電路所執(zhí)行的傳輸而引起的能量消耗，這些傳輸可以僅在檢測到電池組的特殊操作條件時開始活動。
[0101]圖5和6圖不出濾波模塊51的不例。濾波模塊51包括用于對電壓水平511進(jìn)行濾波和降低的電路、采樣電路512和生成具有可變循環(huán)比的時鐘信號的振蕩器513。電路511的輸入端子借助于電力連接72而連接到電池組2的端子。電路511包括電壓降壓變壓器TR1，其初級繞組分別地借助于串聯(lián)的電容器C9和電阻器Rl以及借助于串聯(lián)的電容器CS和電阻器R16而連接到電路511的輸入端子。變壓器TRl的次級繞組分別地借助于電阻器R2以及借助于電阻器R3而連接到電阻511的輸出端子。在電路511的輸出端子之間連接有電容器C10。變壓器TRl的次級繞組的中點借助于電阻器RlO連接到低壓電源Vcc且借助于并聯(lián)的電阻器R9和電容器C4而接地。
[0102]振蕩器513選擇性地生成互補時鐘信號Q和/Q。互補信號Q和/Q能夠分別地具有90%和10%的循環(huán)比。電路513包括串聯(lián)連接在電壓Vcc與地線之間的電阻器R4和R5。電路513包括運算放大器U4，其非反相輸入端被連接到電阻器R4與R5之間的中間節(jié)點。非反相器輸入端借助于電阻器R6而連接到放大器U4的輸出端。放大器U4的反相器輸入端借助于電容器C3而接地。反相器輸入端借助于兩個并聯(lián)連接臂而連接到放大器U4的輸出端，所述兩個并聯(lián)連接臂是包括電阻器R7的第一臂和包括串聯(lián)連接的電阻器R8和齊納二極管Dl (還可以使用任何其他類型的二極管)的第二臂。電阻器R7大約比電阻器R8大十倍以便獲得期望的循環(huán)比。根據(jù)齊納二極管Dl中的電流的感測，電容器C3被充電或放電。放大器U4的輸出端提供具有90%循環(huán)比的時鐘信號Q。反相器U2被連接到放大器U4的輸出端并提供具有10%的循環(huán)比的互補時鐘信號/Q。
[0103]采樣電路512的輸入端子被連接到電路511的輸出端子。采樣電路512包括開關(guān)
I1、12、13和14。開關(guān)Il和12的輸入端被連接到電路512的第一輸入端子，開關(guān)13和14的輸入端被連接到電路512的第二輸入端子。開關(guān)Il和13的控制輸入端被連接到時鐘信號Q。開關(guān)12和14的控制輸入端被連接到時鐘信號/Q。開關(guān)Il和14的輸出端借助于串聯(lián)連接的電阻器Rll和R18被連接到放大器U5的非反相器輸入端。開關(guān)12和13的輸出端借助于串聯(lián)連接的電阻器R12和R19而連接到放大器U5的反相器輸入端。電容器C5連接電阻器Rll與R18之間的中間節(jié)點和電阻器R12與R19之間的中間節(jié)點。這些中間節(jié)點分別被電容器C6和C7接地。這些電容器C5至C7以及R11、R12、R18和R19形成用于阻擋已米樣信號的電路。放大器U5的反相器輸入端借助于電阻器R14連接到其輸出端。放大器U5的輸出端處的信號被給予計算機52。
[0104]由電路513產(chǎn)生的時鐘信號Q和/Q的頻率接近于但不等于測量電路3在通信中的調(diào)制頻率。因此，經(jīng)電路512采樣的信號具有與時鐘信號Q的頻率與測量電路3的通信頻率之間的差成比例的低頻。此類電路51有利地使得可以確定由測量電路3產(chǎn)生的信號的循環(huán)比，盡管電力連接72上有電位干擾。計算機52能夠通過測量放大器U5的輸出端處的正和負(fù)信號的相應(yīng)持續(xù)時間來確定由測量電路3產(chǎn)生的信號的循環(huán)比。[0105]在所示的示例中，每個串聯(lián)連接的蓄電池4具有測量電路3。本發(fā)明還可以應(yīng)用于包括多個串聯(lián)連接級的電池組，每個級包括多個并聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池。在此類配置中，測量電路3連接到每個級的端子。
[0106]雖然在上文描述的本發(fā)明中測量功能和通信功能是由同一電路3實現(xiàn)的，但能夠用兩個不同的電路來實現(xiàn)這兩個功能。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池的電池組的系統(tǒng)(1)，包括: -串聯(lián)連接的多個電化學(xué)蓄電池(4)； -電力連接(71、72)，其意圖將電負(fù)載(55)或再充電電源(8)連接到所述電化學(xué)蓄電池(4)； -控制設(shè)備(52 )，其借助于所述電力連接而連接到電化學(xué)蓄電池(4 ); 其特征在于: 該系統(tǒng)還包括: -多個測量電路(3)，這些測量電路中的每一個被附接于相應(yīng)電化學(xué)蓄電池并被配置成測量該相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓； -多個通信電路，這些通信電路中的每一個被附接于相應(yīng)電化學(xué)蓄電池，并被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時引發(fā)該相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓降， 所述控制設(shè)備(52)被配置成識別所述電壓降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述測量電路(3)和通信電路由其相應(yīng)的蓄電池(4)來供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路(3)被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時引發(fā)具有在從IOkHz至IMHz范圍內(nèi)的頻率的電壓降的交變。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路被配置成當(dāng)其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓超過最大充電電壓時或者當(dāng)其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓超過最小放電電壓時在該蓄電池的端子處引發(fā)電壓降。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路被配置成引發(fā)用于最大充電電壓的電壓降，所述最大充電電壓具有比用于最小放電電壓的電壓降的循環(huán)比更大的循環(huán)比。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路被配置成實現(xiàn)不同的電壓降，所述控制設(shè)備被配置成根據(jù)所實現(xiàn)的電壓降來識別通信電路。
7.根就權(quán)利要求1至4中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路被配置成當(dāng)測量電路(3)在其蓄電池的端子處測量到超過閾值的電壓時用偽隨機碼對此測量電路的標(biāo)識符進(jìn)行編碼。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，包括: -DC/AC轉(zhuǎn)換器，其被連接到所述電力連接； -抑制寄生濾波器，其被插入所述轉(zhuǎn)換器與控制設(shè)備之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，包括超過二十個串聯(lián)連接的蓄電池，所述電池組(2)的端子處的電壓大于50V。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路被配置成當(dāng)測得的電壓超過閾值時在其蓄電池的端子處引發(fā)至少0.1%的電壓降。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述通信電路通過其蓄電池的端子之間的電負(fù)載(33)的連接而在其蓄電池的端子處引發(fā)電壓降。
12.一種用于管理電池組的串聯(lián)的電化學(xué)蓄電池的充電的方法，包括步驟: -借助于被附接于相應(yīng)蓄電池的測量電路(3)來測量蓄電池(4)的端子處的電壓； -用所述測量電路中的一個來檢測其相應(yīng)蓄電池的端子處的電壓閾值的超過； -在已檢測到所述超過的蓄電池的端子處產(chǎn)生電壓降；-借助于控制設(shè)備(52)來檢測電壓降,該控制設(shè)備(52)借助于將電負(fù)載(55)或再充電電源(8 )連接到所述蓄電池的電力連接(72 )而連接到電化學(xué)蓄電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于管理電池組的電化學(xué)蓄電池的充電的方法，包括借助于相應(yīng)蓄電池來對所述測量電路供電。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的用于管理電池組的電化學(xué)蓄電池的充電的方法，其中，電壓降的所述產(chǎn)生包括所述蓄電池的端子處的具有在從IOkHz至IMHz范圍內(nèi)的頻率的電壓降的交變。
15 .根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的用于管理電池組的電化學(xué)蓄電池的充電的方法，其中，電壓降的產(chǎn)生包括電元件到所述蓄電池的端子的連接，所述電元件被配置成在該連接期間在所述蓄電池的端子處引發(fā)至少0.1%的電壓降。
【文檔編號】H01M10/44GK103703604SQ201280029295
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】馬克·貝朗熱, 馬可·拉涅利 申請人:原子能和替代能源委員會