具有多個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、多個可用來分別測量一個或者多個電池組電池的電壓的低壓測量裝置以及下列部件中的至少一個:一個或者多個用于在多個或者所有電池組電池上的電壓的高壓測量裝置、至少一個可用來測量電池組的或者經(jīng)過電池組的電流的電流測量裝置和至少一個包括高壓測量裝置和電流測量裝置的測量模塊。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低壓測量裝置來測量各個電池組電池或者多個電池組電池的群組的多個低電壓和用于利用高壓測量裝置來測量多個或者所有電池組電池的高電壓的方法。在沒有其它措施的情況下，高電壓利用低壓測量裝置不再是可測量的。這里，如下電壓被稱作高電壓:所述電壓超過一個或者數(shù)個串聯(lián)的電池組電池的電壓；按照通行的、一般的限定，這為超過60V的直流電壓和超過25V的交流電壓。該概念在電動車輛的領(lǐng)域是常用的。較小的電壓在本專利申請中被稱作低電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在用于電動車輛和混合動力車輛、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(如比方說單個電池電壓(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，
被測量并且被微處理器系統(tǒng)監(jiān)控。來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電池組控制設(shè)備的高壓部分被測量，并且相對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)可以隔離地或電流(galvanisch)分開地通過數(shù)字總線被傳輸?shù)诫姵亟M控制設(shè)備的低壓部分上。各個電池組電池的單個電池電壓或者其它的測量量(如比方說單個電池或者其控制電子裝置的溫度)由獨(dú)立的電池量測量裝置測量，并且相對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)被傳送給電池組控制設(shè)備。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過隔離的或電流分開的低壓接口進(jìn)行該傳送。
[0003 ] 電池組控制設(shè)備通常監(jiān)控每個單個電池的電池電壓、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量。這種1C可以針對每個電池被設(shè)置，然而通常利用一個1C測量多個電池的電池電壓，例如每個1C測量6到16個之間的電池的電池電壓。因此可以節(jié)省用于1C的成本。所測量的電壓值被數(shù)字化并且通過特定的總線系統(tǒng)(其中電壓測量裝置通過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)”。該總線不只在一個或者多個1C的內(nèi)部伸展(verlaufen)。
[0004]在許多情況下，對于測量經(jīng)過電池組電池的串聯(lián)電路的電流來說，只有電流傳感器是必要的，因為該電流本來就以相同的強(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)置多個電流傳感器。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這些電流傳感器通過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(比方說電池組控制設(shè)備)處理)中，針對電池組控制設(shè)備要設(shè)置兩個不同的接口。對于測量高電壓來說，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(比方說電池組控制設(shè)備)測量?，F(xiàn)有技術(shù)的星座使盡可能同時地掃描電池電壓值、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公開了用于電壓測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量模塊監(jiān)控，所述模塊化的電池測量模塊分別包括低壓測量裝置。這些測量模塊測量每個單個電池的電壓并且檢測電池組電池和/或其所分配的電子裝置的溫度。測量值通過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肀粚嵤?。處于電池測量模塊的鏈的末端的電池測量模塊直接地(也就是說不通過其它的電池測量模塊地)與電池組控制設(shè)備相連。其它的電池測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)的特定的開關(guān)電路被集成在每個電池測量模塊中。
[0007]為了測量系統(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的接口的電路部分。具有高壓電位的信號被變換為可繼續(xù)處理的低壓信號，被過濾并且緊接著被轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。該數(shù)字信號通過分開裝置(Trenneinrichtung)(例如電容式、電感式或者光學(xué)地)被電流分開，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]總共得出多個到電池組控制設(shè)備的接口，所述多個接口是必要的，以便檢測所有必需的系統(tǒng)量。附加地，在時間同步地檢測所有的用于算術(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，以便測量電池組電池或者整個電池組的電壓或者電流。US 2006/0170389例如公開了為了測量電池組電池的多個電壓而采用具有多路復(fù)用器的A/D轉(zhuǎn)換器。US 2013/0175976公開了將CAN總線與電池組控制系統(tǒng)電隔咼或電流分開。
[0010]到目前為止已經(jīng)必要的是，對于每次可用來確定電池組的所有電池組電池的狀態(tài)的測量來說都將多個信號通過多個不同的總線系統(tǒng)發(fā)送到相對應(yīng)的測量裝置。為此，具有不同的協(xié)議的多個不同的指令是必要的，這意味著在實施中的增加的花費(fèi)以及在實施中的增加的計算花費(fèi)。這在同等程度上也適用于將測量信號從測量裝置傳輸?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)具有信號傳輸裝置，所述信號傳輸裝置可以將信號(例如測量信號和控制信號)不僅從低壓測量裝置，而且從高壓測量裝置和/或用于測量流經(jīng)電池組的電流的電流測量裝置和/或具有高壓測量裝置和低壓測量裝置的測量模塊傳輸?shù)诫姵亟M控制設(shè)備。
[0012]因此，對于所述測量外圍設(shè)備(Messperipherie)來說，只有唯一的在電池組控制設(shè)備上的接口還是必要的。相對應(yīng)地可能的是，在所有被連接的測量系統(tǒng)中利用只一個共同的觸發(fā)信號激活在所有測量裝置中的測量。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)信號或詢問測量裝置的測量數(shù)據(jù)并且傳輸所述測量數(shù)據(jù)。也可以詢問單個被連接的測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)。電池組控制設(shè)備的指令(例如通過如按照現(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)選的實施形式中，信號傳輸裝置被實施為多個測量裝置的串聯(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)穿過至少一個測量裝置，并且被轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰的測量裝置。多個低壓測量裝置和(多個)高壓測量裝置尤其是被連接到同一總線。優(yōu)選地，所有測量裝置都通過唯一的總線彼此地并且與電池組控制設(shè)備相連。因為只有一條總線是必要的，所以測量裝置的鋪設(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)。其它的測量裝置例如可以簡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)備的電流分開繼續(xù)被簡化，因為將電池組控制設(shè)備