CN103329563B - 一种具有多个监控单元的蓄电池管理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种蓄电池管理单元，其具有多个监控单元(12)，其中，所述多个监控单元(12)中的每个监控单元(12)被构造为获取至少一个蓄电池单元或者包括预定数量的蓄电池单元的蓄电池模块(10)的至少一个运行参数并且被连接至第一总线(14)。此外，所述蓄电池管理单元包括控制装置(18)，其同样被连接至所述第一总线(14)并且被构造为经由所述第一总线(14)与所述多个监控单元(12)中的至少一个监控单元(12)通信。

Description

一种具有多个监控单元的蓄电池管理单元
技术领域
本发明涉及一种具有多个监控单元的蓄电池管理单元、一种具有依据本发明所述的蓄电池管理单元的蓄电池以及一种具有依据本发明所述的蓄电池的机动车。
背景技术
如今，尤其是在混合动力车辆和电动车辆中应用以锂离子或者镍金属氢化物技术的蓄电池，该些蓄电池具有大量串联连接的电化学蓄电池单元。蓄电池管理单元用于监控蓄电池并且应该除了安全性监控外还须确保尽可能长的使用寿命。为此，将测量每个单个的蓄电池单元的电压以及蓄电池电流和蓄电池温度并且进行状态估计(例如蓄电池的充电状态或者老化状态)。为了最大化使用寿命，随时知悉蓄电池的当前的给定的最大性能(即最大释放或者吸收的电功率)是有益的。如果超过该性能，那么将会极大地加速蓄电池的老化。
为了能够精确地测量每个单个的蓄电池单元的电压或者至少测量每个蓄电池模块的电压，该蓄电池模块包括预定数量的蓄电池单元，由现有技术已知了一种蓄电池管理单元，该蓄电池管理单元包括一个接一个连接的监控IC芯片，即集成电路芯片，此外，这些监控单元能够实施电压测量并且以菊花链的形式连接至第一总线，该第一总线实现了单个的监控单元之间的通信，而无需电分离装置或者使用高压电子装置。在此，监控单元将由待监控的蓄电池单元或者蓄电池模块提供的供电电压置于电压阶梯(Spannungskette)之中并且如此地相互通信，使得每个监控单元仅仅与相邻的监控单元通信并且将源自具有更高的电压水平的监控单元的通信数据递送给分别处于电压水平更低处的监控单元。
在电压水平方面位于最低处的通信总线的末端处安置有基准监控单元，该基准监控单元同样连接至第一通信总线并且能够接收来自监控单元中的每个监控单元的消息。此外，该基准监控单元经由第二总线与控制装置连接，该控制装置经由该第二总线接收经递送的数据。在基准监控单元和控制装置之间通常采用电分离装置。
监控单元通常置于与之关联的蓄电池模块的旁边并且经由第一总线以及第二总线通过嵌入电缆束来实现通信的连接。
由现有技术已知了一种专用集成电路(ASIC)，其根据模块设计原理要么能够配置为在电压阶梯的下部的末端处的基准监控单元，即具有至与控制装置通信的接口以及至与在电压阶梯中的另一个监控单元通信的接口，要么也能够配置为在菊花链中的监控单元。
用于单个的监控单元之间的通信的第一总线通常被设置为用于降低的EMV(电磁兼容性)放射和提高了的抗辐射性，而用于与控制装置通信的第二总线则通常被设置为标准化的并且非私有化的总线，该总线适于与由控制装置所包括的微控制器的通信。在此，通常使用协议，该协议从电磁兼容性的角度来看未考虑经由更长的距离来通过电缆引入。
发明内容
依据本发明提供了一种具有多个监控单元的蓄电池管理单元。所述多个监控单元中的每个监控单元被构造为获取至少一个蓄电池单元的至少一个运行参数。此外，所述多个监控单元中的每个监控单元被连接至第一总线。再者，所述蓄电池管理单元包括控制装置，所述控制装置同样被连接至所述第一总线并且被构造为经由所述第一总线与所述多个监控单元中的至少一个监控单元通信。
优选地，所述控制装置包括微控制器和翻译单元，其中，所述翻译单元被连接至所述第一总线并且被构造为经由所述第一总线与所述多个监控单元中的至少一个监控单元通信，并且其中，所述微控制器和所述翻译单元被连接至第二总线并且被构造为经由所述第二总线相互通信。
所述翻译单元能够被构造为经由所述第一总线通过使用第一总线协议和经由所述第二总线通过使用第二总线协议来通信，所述第二总线协议有别于所述第一总线协议。
典型地，将这样的协议用作第一总线协议，该第一总线协议服务于在单个监控单元之间的通信并且将其数据递送至所述翻译单元，这样的协议使得属于所述第一总线的电缆经由不同的电路板之间的更长的距离来引入，所述电路板与单个蓄电池单元或者蓄电池模块相关联，并且如此地选择协议，使得其在电磁兼容性方面是稳定的并且抗干扰辐射是足够的鲁棒的。在此，其通常为差分的而非标准的协议。
相反地，典型地使用这样的协议作为第二总线协议，所述第二总线协议服务于在所述翻译单元和所述微控制器之间的通信，这样的协议是标准的并且未被设置为经由电缆上更长的距离而引入。在此，例如为SPI(串行***设备接口)总线、I2C(内部集成电路)总线或者CAN(控制器局域网)总线。这样的协议在电磁兼容性方面具有较高的抗辐射性，因为较高的数据率通常来说在没有差分总线的情况下传输。否则，典型地所使用的协议对于电磁辐射是敏感的，因为该些数据将被单端地传输。在此，如果第二总线的电缆上具有累积的干扰信号，该干扰信号源自于外部的干扰源，那么将会导致第二总线协议将不再会被所连接的部件所理解。
通过将所述翻译单元和所述微控制器共同地安置在所述控制装置之中，所述第二总线将不必经由长的距离铺设，并且能够如此地设置，从而保护所述第二总线免于电磁辐射和放射。
此外，优选地，所述多个监控单元中的至少一些监控单元被以菊花链拓扑结构的方式连接至所述第一总线。
特别地，所述多个监控单元中的至少一些监控单元能够被设置为获取蓄电池单元或者蓄电池模块的电压。
所述多个监控单元中的至少一些监控单元能够是集成电路。这对于所述翻译单元同样适用。特别有利地，所述多个监控单元中的至少一些监控单元和所述翻译单元也是相同构建的部分，尤其是相同构建的集成电路，所述集成电路被按规定地配置。典型地，组成部分为可配置的专用集成电路(ASIC)。
本发明的另一方面涉及一种具有依据本发明所述的蓄电池管理单元的蓄电池，优选地为锂离子蓄电池，以及涉及一种具有依据本发明所述的蓄电池的机动车。
附图说明
借助于附图和后续的描述详细地阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了根据现有技术的蓄电池管理单元；
图2示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池管理单元。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的蓄电池管理单元，其为总体上以100标注的蓄电池的一部分。该蓄电池管理单元包括多个监控单元12，它们以菊花链拓扑结构连接至第一总线14。多个监控单元12中的每个监控单元被构造为测量施加在与之关联的蓄电池模块10上的电压，其中，蓄电池模块10包括预定数量的蓄电池单元，例如六至十二个蓄电池单元(在图1中仅示意性地示出了)。在此，所获取的电压经由多路复用器被引入模数转换器，并且接下来在第一总线14上传输经数字化的电压。蓄电池模块10也能够仅包括一个蓄电池单元，在这种情况下，与该蓄电池单元相关联的监控单元12测量在该蓄电池单元上的单体电压。
多个蓄电池模块10串联连接。每个蓄电池模块10提供供电电压至与之关联的监控单元12，从而使得多个监控单元12位于上升的电压阶梯之中。
每个监控单元12经由第一总线14从可能在该电压阶梯上一级的监控单元12接收数据并且将其自身产生的数据与所接收的数据一起递送至相邻的监控单元12，该相邻的监控单元12位于该电压阶梯的更低处。在该电压阶梯的下部的末端处安置有基准监控单元16，该基准监控单元接收所有经递送的、源自多个监控单元12的数据并且经由其所连接至的第二总线20将该些数据移交至控制装置18，该控制装置18同样连接至第二总线20并且包括微控制器26。
每个监控单元12安置在自己的电路板上，该电路板安置在与之关联的蓄电池模块10的旁边。监控单元12和基准监控单元16是相同构建的专用集成电路，其可被按规定地配置，从而使得其能够如所描述的那样与其余的相同构建的部分通信。
第一总线14应用差分的协议，该协议在鲁棒性和电磁兼容性方面如此地选择，以使得第一总线14的电缆能够通过更长的距离并且通过多个电路板，而不会干扰在第一总线14上的通信。
相反地，在第二总线20上应用一种总线协议，该总线协议单端地传输并且针对与微控制器26的通信来优化。这样的协议在电磁兼容性方面更易受干扰并且尤其是未被设置为经由电缆的更长的距离来传输。在图1中所示出的装置的缺点在于，即根据蓄电池100的设计的不同，将需要桥接从基准监控单元16至控制装置18的显著的距离，因为典型地，这两个组成部分将被安置在不同的电路板上。
电分离单元24一方面将基准监控单元16与第二总线20的第一部分分离，并且另一方面将第二总线20的第二部分与控制装置18相互分离。此外，在该电分离单元24中设置了该第二总线20的第一部分的电压供给。
图2示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池管理单元。相较于在图1中所示出的、根据现有技术的蓄电池管理单元，依据本发明所述的蓄电池管理单元具有控制装置18，其除了微控制器26之外还具有翻译单元28，该翻译单元被连接至第一总线14并且经由其与在电压阶梯最低处的监控单元12通信。微控制器26和翻译单元28经由两者被连接至的第二总线20相互通信。该监控单元12和翻译单元28为相同构建的专用集成电路，其可被按照规定配置，从而使得其如所描述的那样能够与其余的相同构建的部分通信。
翻译单元28的任务在于在控制装置18之内将消息从第一总线传输至第二总线20上并且由此执行将在第一总线14上所应用的协议翻译成在第二总线20上所应用的协议。
依据本发明所述的装置能够通过改变在图1中所示出的装置来实现，通过将在图1中所示出的基准监控单元16设置在控制装置18之中，从而使得该基准监控单元能够用为翻译单元28。然而，该翻译单元28有别于在图1中所示出的基准监控单元16，其没有与任何的蓄电池模块10相关联。相反地，其余的监控单元12仅仅分别与一个(监控单元测量其电压的)蓄电池模块10相关联。通过翻译单元28未与任何蓄电池模块相关联而是承担辅助电路的任务，不需要将测量电缆从蓄电池模块引入控制装置18之中。
翻译单元28经由第一总线14接收由以菊花链拓扑结构所安置的监控单元12所递送的数据并且将其经由第二总线20发送至微控制器26。通过将监控单元28和微控制器26均安置在控制装置18中，使得在微控制器26和翻译单元28之间穿过的第二总线20的距离能够保持为极小的，从而能够保护该总线免于电磁辐射和放射。在电压阶梯的最低处的监控单元12和翻译单元28之间的可能的较大的距离将经由第一总线14的一部分桥接，该第一总线使用被设置为经由更长的距离来引入电缆的协议。

Claims (8)

1.一种蓄电池管理单元，其具有多个监控单元(12)和控制装置(18)，其中，所述多个监控单元(12)中的每个监控单元(12)被构造为获取至少一个蓄电池单元或者包括预定数量的蓄电池单元的蓄电池模块(10)的至少一个运行参数，并且其中，所述多个监控单元(12)中的每个监控单元(12)被连接至第一总线(14)，其中，所述控制装置(18)同样被连接至所述第一总线(14)并且被构造为经由所述第一总线(14)与所述多个监控单元(12)中的至少一个监控单元(12)通信，其特征在于，所述控制装置(18)包括微控制器(26)和翻译单元(28)，其中，所述翻译单元(28)被连接至所述第一总线(14)并且被构造为经由所述第一总线(14)与所述多个监控单元(12)中的至少一个监控单元(12)通信，其中，所述微控制器(26)和所述翻译单元(28)被连接至第二总线(20)并且被构造为经由所述第二总线(20)相互通信，其中，所述翻译单元(28)被构造为经由所述第一总线(14)通过使用第一总线协议通信，并且经由所述第二总线(20)通过使用第二总线协议通信，其中，所述第一总线协议为非标准的协议，所述第二总线协议被实施为串行***设备接口(SPI)总线、内部集成电路(I2C)总线或控制器局域网(CAN)总线，并且如此地设置所述第二总线协议，从而保护所述第二总线免于电磁辐射和放射。
2.根据权利要求1所述的蓄电池管理单元，其中，所述翻译单元(28)是集成电路。
3.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池管理单元，其中，所述多个监控单元(12)中的至少一些监控单元(12)被以菊花链拓扑结构连接至所述第一总线(14)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池管理单元，其中，所述多个监控单元(12)中的至少一些监控单元(12)是集成电路。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池管理单元，其中，所述多个监控单元(12)中的至少一些监控单元(12)被构造为获取蓄电池单元或者蓄电池模块(10)的电压。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池管理单元，其中，所述多个监控单元(12)中的至少一些监控单元(12)以及所述翻译单元(28)是相同构建的部分，尤其是相同构建的集成电路，所述集成电路被按规定地配置。
7.一种蓄电池(100)，其具有多个蓄电池单元(10)和根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池管理单元。
8.一种机动车，尤其是电动机动车，其包括根据权利要求7所述的蓄电池。
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