CN103872393B - 通信总线的动态导线调度及执行导线调度的方法 - Google Patents

通信总线的动态导线调度及执行导线调度的方法 Download PDF

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Abstract

依据本发明提供了一种用于蓄电池模块的监控电路（30），其包含两个用于与总线***（40）的总线导线（38、39）连接的连接端（11、12）。依据本发明，所述监控电路（30）包含一个由导线终端电阻（5）及开关装置（6）组成的串联电路（8），其中，所述串联电路（8）的末端分别与所述两个连接端（11，12）中的一个电连接。此外，本发明提供了一种具有至少两个依据本发明的监控电路（30）的监控***（60）以及一种用于初始化监控***（60）的方法。

Description

通信总线的动态导线调度及执行导线调度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于蓄电池模块的监控电路，其能够与总线***连接并且其具有一种用于总线***的总线导线的调度的可控的导线终端电阻；本发明还涉及一种具有依据本发明的监控电路的监控***以及一种用于在初始化监控***时执行导线调度的方法。
背景技术
在现有技术的用于管理电动车辆或混合动力车辆的蓄电池的蓄电池管理***中必须按照当前的安全概念测量并且监控蓄电池模块或者蓄电池单元的单个单元电压和/或温度。依据现有技术，其分别出现在各个蓄电池单元中，其中，各个蓄电池模块中嵌入了监控电路以及单元监控电子设备。所述监控电路分别根据蓄电池组以及蓄电池的构造情况和间隔尺寸进行对应的模块化的并且可扩展地构造。各个监控电路必须能够与中央的（蓄电池）控制器进行通信。其中，在此所需的总线***或者通信总线能够根据现有技术以不同的方式来实现。例如，在汽车类应用中建立CAN-总线。
CAN-总线是一种跨供应商的根据IS011898的专用的数字总线***。其主要用于机动车中各个控制器之间的通信。在CAN-总线的物理层中，数字信息通过两根具有相反电压电位的总线导线传输。当传输逻辑“1”时，驱动电路以及收发器电路设置两根总线导线在VCC/2的静态电位上为高阻抗以及其电压为2.5V（隐性状态，差分电压等于零），两根总线导线叫CAN高位线和CAN低位线。在传输互补的信息-一个逻辑“0”时，收发器电路提高CAN高位线的电压（为大约3.5V），同时降低CAN低位线的电势（为大约1.5V）。该两根总线导线的信号电位（差分电压>1V）被称为所谓的显性状态。
在CAN-总线以及现有技术中的大多数总线***中，为了避免在总线***末端的所谓的离开的信号的反射，必须在总线导线的末端通过特性阻抗以及导线终端电阻闭合以及调度。在错误闭合的总线导线中，信号又会反向跑回导线并且与其他信号叠加。根据现有技术，各个监控电路内部的导线终端以及导线终端电阻被牢固地焊接在总线***的总线导线的末端。在现有技术的另一个实施例中，监控电路在总线导线的末端向导线终端电阻提供对应的配置选择的可能。
后者具有的缺点为，不能再把所有蓄电池模块作为所谓的相同件处理（多样性）。替代地，存在通过电子的或者机械的编码实现导线终端的可能性，两种替代方法的作用相同，即在***集成时不再把蓄电池模块作为相同件来处理，因为无论是硬件还是软件方式构造的蓄电池模块彼此都不相同。这种***的可维护性也相当低。
该监控电路的寻址通过在可控的组件运行范围内的一种寻址方法实现，其中，监控电路与现有技术的总线***相连接，为此，相同位置的监控电路以及其监控的蓄电池块会得到相同的唯一的识别码。寻址方法的控制大多通过中央的控制器来实现，其通过硬件导线与监控电路的控制电子设备通信。为了执行寻址方法，首先由中央的控制器向第一个监控电路的控制电子设备传输激活信号。通过控制电子设备来执行初始化以及向第一监控电路发送该唯一的识别码。在第一监控电路的寻址完成之后，激活信号由其向下一个监控电路的控制电子设备继续传输并且以相同的方式进行寻址。一旦所有等待激活的监控电路已经接收到激活信号并且得到唯一的识别码，则寻址过程结束。
发明内容
基于本发明提出了一种用于蓄电池模块的监控电路，其包括两个用于与总线***的总线导线连接的连接端。所述监控电路还包括收发器电路，其与所述的两个连接端连接并且被构造为对在逻辑的信号的接收做出反应，所述信号具有在所述连接端处的相应的电势变化。此外，所述监控电路包括控制电子设备，其被构造用于与外部的控制单元以及所述收发器电路通信，其中，所述监控电路与蓄电池模块的至少一个蓄电池单元是可连接的并且被构造为用于测量至少一个与其连接的蓄电池单元的温度和/或电压。
基于本发明所述监控电路包括由导线终端电阻及开关装置组成的串联电路，其中，所述串联电路的末端分别与所述两个连接端中的一个电连接。
通过这样构造的监控电路，通过接入所述导线终端电阻选择进行所述终端监控电路内的总线***的调度是可能的。当利用基于本发明所述监控电路实现总线***以及监控***时，不再需要专门定制的具有被焊接的导线终端电阻的线束。然后，还能够将所有监控电路以及蓄电池模块，无论是相关的硬件组件还是软件组件都作为相同体生产。从而，这种监控***的维护和调试都大大简化。此外，上述总线***的总线导线在启动阶段始终最优地在总线导线的活性端闭合，从而达到对总线***关于干扰入射的优化。
在一个优选的实施例中，所述开关装置通过所述控制电子设备控制是可控的。从而，所述开关装置通过电子设备也是可控的，其中，电子设备位于监控电路内并且不需要通过外部的组件来控制。
优选地，所述控制电子装备被构造为在接收到控制信号时促使监控电路激活和/或所述开关装置闭合。从而实现例如在寻址过程期间，如果其是必要的，总线导线在监控电路内被精确地调度。
优选地，所述串联电路被安置在所述收发器电路之中。从而，能够将导线终端电阻作为同收发器电路一起的组件生产并且在损坏时也连同其一起被替换，从而节约了开支。
在一个优选的实施例中，开关装置被执行为金属氧化层半导体场效晶体管，其工作在低边驱动状态下。因为金属氧化层半导体场效晶体管用其源极连接端与总线***中具有低电位的总线导线连通，并且用其漏极连接端通过终端电阻与具有高电位的另一根总线导线连通，所以所述金属氧化层半导体场效晶体管工作在低边驱动状态。金属氧化层半导体场效晶体管是划算的并且非常紧凑的，即在高的集成密度下是可实现的。金属氧化层半导体场效晶体管还具有快速开关装置以及稳定的放大和响应时间。
此外还提供一种监控***，其包括中央的控制器，其与总线***中的两根总线导线相连接并且包括至少两个依据本发明所述的监控电路，监控电路分别通过两个连接端与总线***中的两根总线导线相连接。所述监控***还具有硬件导线，通过其将所述至少两个监控电路的控制电子设备与所述中央的控制器相连接。
优选地，在所述实施例的扩展中，所述中央的控制器被实施为蓄电池管理***并且替代地或补充地包括收发器电路和替代地或补充地包括导线终端电阻，通过其所述中央的控制器与所述总线***的总线导线相连接。从而在所述中央的控制器的输入端也通过导线终端电阻调度所述总线***。
此外，提出了一种用于初始化监控***的方法，其中，所述监控***包括依据本发明所述的监控***。所述方法包括以下方法步骤：由中央的控制器通过在硬件导线上传输的激活信号激活所述至少两个监控电路中的第一监控电路；由已激活的监控电路的控制电子装置闭合已激活的监控电路的开关装置；在所述已激活的监控电路的所述控制电子设备与所述中央的控制器之间建立通信；由所述中央的控制器向所述已激活的监控电路分配一个唯一的识别码；由所述已激活的监控电路的所述控制电子设备断开所述已激活的监控电路的所述开关装置；将激活信号在硬件导线上从所述已激活的监控电路的所述控制电子设备传输至另一个未激活的监控电路的控制电子设备；以闭合所述另一个监控电路的开关装置的步骤重新开始所述方法。通过这种方法，能够进行监控***的所述监控电路的优化的寻址。因为每当发送唯一的识别码给各个监控电路时，在各个监控电路内对所述总线***的总线导线同时进行调度，增强了在寻址过程期间所述总线***的抗干扰性。
优选地，在上述用于初始化监控***的方法的改进方案中，该方法还包括一旦所述监控***的所有的监控电路都被激活则结束所述方法的步骤。以此定义了一种该方法合理的结束条件。
优选地，在所述或之前所述用于初始化监控***的方法的改进方案中，所述方法由所述中央的控制器来控制。
此外，提出了一种蓄电池，其具有根据本发明所述的监控***。其中，优选地，所述蓄电池被实施为锂离子蓄电池。这种蓄电池的优点包括其相对较高的能量密度以及较高的热稳定性。锂离子蓄电池的另一个优点是其不会受到记忆效应的影响。
此外，提出了一种具有蓄电池的机动车，其中，蓄电池具有依据本发明所述的监控***，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动***相连接。
本发明的进一步的有利的改进方案将会在权利要求书和说明书中阐述。
附图说明
将依据附图及后续的说明进一步阐述本发明的实施例，其中：
图1示出了用于蓄电池模块的依据本发明所述的监控电路的实施例；
图2示出了依据本发明所述监控电路的串联电路的实施例；以及
图3示出了本发明所述的监控***的实施例。
具体实施方式
在图1中示出了用于蓄电池模块的依据本发明的监控电路30。该监控电路30具有两个连接端11、12，监控电路通过这两个连接端11、12与总线***的总线导线相连接。典型地，这种总线***能够被实施为CAN-总线。于是，典型地，连接端11与CAN-总线***的第一根总线导线是可连接的，其在此被称为CAN高位线，连接端12与CAN-总线***的第二根总线导线是可连接的，其在此被称为CAN低位线。监控电路30还具有收发器电路20，其与连接端11、12的第一连接端和第二连接端相连接并且被构造为对在逻辑的信号的接收做出反应，该信号具有在连接端11、12处的相应的电势变化。当监控电路30与两根总线导线，例如与CAN-总线***的两根总线导线相连接时，收发器电路20也与总线导线相连接。收发器电路20被构造为对通过总线导线以及其与总线导线连接的连接端11、12接收到的信号做出反应，该信号具有与各个接收到的信号相关的在接口端11、12中的一个或两个处的电势变化。该收发器电路20如何改变连接端11、12处的电位，也是与接收到信号的类型相关的。收发器电路20不仅能够处于两个连接端11、12上平衡的，例如等量升高或等量降低的电位的情况，也能够处于连接端11、12上电位的变化不同的情况。收发器电路20能够例如从两个连接端11、12中的一个输出电位开始，通过接收确定类型的信号提高连接端11上的电位，而降低连接端12上的电位。仅为示例性地，收发器电路20能够例如在接收到逻辑“1”时，设置连接端11、12为供电电压的静态电位；而在接收到逻辑“0”时，升高连接端12上的电位并且降低另一个连接端11上的电位。收发器电路20如何对逻辑的信号的接收做出反应，在实施例中是典型的情况，其可能会偏离在实施例中阐述的类型和方法。
监控电路30还具有控制电子设备10，其被构造用于与外部控制单元以及所述收发器电路20进行通信。换句话说，控制电子设备10不仅被构造用于向外部控制单元，例如向外部的中央的控制器，例如蓄电池管理***发送信号，也接收其信号。此外，控制电子设备10被构造用于向其它监控电路30的控制电子设备10传输信号以及从中接收信号。
在上述实施例中，监控电路30与未示出的蓄电池模块相连接，典型地，蓄电池模块具有六个蓄电池单元。上述实施例中的监控电路30还与所有六个蓄电池单元以及上述蓄电池模块的六个蓄电池单元的电极相连接（未示出）。此外，上述实施例中的监控电路30被构造用于测量六个蓄电池单元的温度以及单个电压。上述实施例中的监控电路30还能够向外部的中央的控制器（未示出）传输测量到的以及计算出的电压数据和温度数据。对于依据本发明的监控电路30，不仅蓄电池单元的数量，还有与蓄电池模块的连接都是可选择的并且在上述实施例中选择为典型的例子。也能够实现依据本发明所述的监控电路30，其中，监控电路30只与一个或者与n个蓄电池单元相连接，并且不与蓄电池模块相连接，在蓄电池模块中安装有蓄电池单元。此外，监控电路30能够被构造用于获取蓄电池单元的除了单个电压和温度的其它参数，
监控电路30具有由导线终端电阻5和开关装置6组成的串联电路8，其中，串联电路8的末端分别与两个连接端11、12中的一个电连接。换句话说，接入了由导线终端电阻5和所述开关装置6组成的串联电路8。于是，连接端11、12能够通过所述开关装置6和导线终端电阻5相互连接。当连接端11、12分别通过总线导线与总线***连接时，其能够在监控电路30内通过闭合所述开关装置6进行调度。当开关装置6闭合时，两个连接端11、12通过导线终端电阻5电连接，因此，总线导线也通过导线终端电阻5电连接。
在该实施例中，开关装置6通过控制电子设备10是可控的。控制电子设备10还被构造为在接收确定类型的控制信号（例如激活信号）时促使监控电路30激活并且同时促使开关装置6闭合。这正如同通过控制电子设备10对开关装置6的可控性，对于依据本发明监控电路30却是可选的。控制电子设备10还能够被构造用于分别促使监控电路30激活以及开关装置6闭合。
图2示出了图1中依据本发明监控电路30的串联电路8的一个实施例。其中，串联电路8的末端分别与监控电路30的连接端11、12相连接。开关装置6在所述实施例中被实施为金属氧化层半导体场效晶体管，更准确说是N沟道金属氧化层半导体场效晶体管6，其栅极连接端与另一个被实施为金属氧化层半导体场效晶体管（更准确说是P沟道金属氧化层半导体场效晶体管）的开关装置的漏极连接端及栅极电阻的连接端相连接。栅极电阻的另一个连接端与开关装置6的源极连接端及串联电路8相连接。另一个被实施为P沟道金属氧化层半导体场效晶体管的开关装置的栅极与被实施为双极型晶体管的开关装置的集电极相连接，其发射极接地，在该实施例中，典型地，其基极与监控电路30的控制电子设备10相连接。这个依据本发明电控电路30的串联电路8的实施例仅仅为示例性地选择的并且能够被实施为任意其它方式。在使用开关装置6的金属氧化层半导体场效晶体管时，也能够根据任何现有技术，实现在依据本发明监控电路30内的控制电路的实施。
图3示出了依据本发明的监控***60的一个实施例。监控***60具有三个依据本发明的监控电路30，其中的两个被详细示出，而第三个监控电路30仅被简略示出。依据本发明的监控电路30被实施为如同图1中的描述。其中，同样名称的组件对应图1的第一个实施例的同样名称的组件，即图1的第一个实施例中所述内容也能够转移到图3的实施例中。监控***60具有总线***40，其中示出了两根总线导线38、39。总线导线38、39分别与依据本发明的监控电路30的连接端11、12电连接。此外，在该实施例中，总线导线38、39在输入端与中央的控制器50相连接，其具有对于依据本发明的监控***60可选的，与总线导线38、39牢固连接的导线终端电阻5以及可选的同样与所述总线导线38、39连接的收发器电路20。因此，中央的控制器50，如同在开关装置6闭合时的依据本发明的监控电路30，通过所述导线终端电阻5以及收发器电路20与总线导线38、39相连接。中央的控制器50的导线终端电阻5的连接端也分别与两根总线导线38、39中的一个相连接，其在输入端连接到中央的控制器50的收发器电路20。
监控***60还具有硬件导线35，通过其将所述三个监控电路30的控制电子设备10相互连接并且与中央的控制器50相连接。在图3所示的实施例中，所有监控电路30的控制电子设备10能够分别通过可选的开关装置促使硬件导线35断路。当对于依据本发明的监控***60可选的开关装置闭合时，例如激活信号，其通过所述硬件导线35传输到监控电路30的控制电子设备10，由控制电子设备10传输到另一个监控电路30的控制电子设备10。
对于依据本发明的监控***60的初始化，其在实施例中典型地由中央的控制器50控制，其首先生成激活信号并且将其通过硬件导线35传输到三个监控电路30中第一个的控制电子设备10，从而其同样被激活。在激活所述监控电路30的同时，其中的控制电子设备10促使开关装置6闭合，从而通过已激活的监控电路30内的连接端11、12调度总线导线38、39。接着，在所述已激活的监控电路30的控制电子设备10与中央的控制器50之间建立通信。当在中央的控制器50与监控电路30之间已经建立通信时，中央的控制器50分派给已激活的监控电路30唯一的识别码。也就是向已激活的监控电路30分配唯一的识别码。当完成分配时，已激活的监控电路30的所述控制电子设备10促使开关装置6打开，关闭位于硬件导线35中的、可选的开关装置并且以这种方式通过硬件导线35向邻近的下一个未激活的监控电路30传输激活信号。从而激活所述下一个监控电路30并且开始已经用于执行第一个监控电路30的方法，其现在用于所述下一个监控电路30，从闭合下一个监控电路30的开关装置6的步骤重新开始。对于监控***的下一个以及第三个监控电路30，如同上面对于第一个监控电路30所描述的初始化会被执行。当激活监控***60的所有监控电路30并且获得分派的唯一的识别码时，中央的控制器50才中断在所述实施例中的初始化。能够改变打开和闭合开关装置6和用于导通硬件导线35的开关装置的顺序。
依据本发明监控***60也能够包括仅仅两个或者大于三个，例如4个或者n个依据本发明的监控电路30。

Claims (13)

1.一种用于蓄电池模块的监控电路(30)，其包括
-两个连接端(11、12)，其用于与总线***(40)的总线导线(38、39)连接；
-收发器电路(20)，其与所述两个连接端(11、12)连接并且被构造为对在所述连接端(11、12)处的逻辑的信号的接收做出反应，所述逻辑的信号具有的相应的电势变化；
-控制电子设备(10)，其被构造用于与外部的控制单元以及所述收发器电路(20)通信，其中，所述监控电路(30)与蓄电池模块的至少一个蓄电池单元是可连接的并且被构造用于测量至少一个与其连接的蓄电池单元的温度和/或电压，其特征在于，所述监控电路(30)具有由导线终端电阻(5)及开关装置(6)组成的串联电路(8)，其中，所述串联电路(8)的末端分别与所述两个连接端(11、12)中的一个电连接。
2.根据权利要求1所述的监控电路(30)，其中，所述开关装置(6)是能够通过控制电子设备(10)控制的。
3.根据上述权利要求中任一项所述的监控电路(30)，其中，所述控制电子设备(10)被构造为在接收到控制信号时促使另一个监控电路(30)激活和/或所述开关装置(6)闭合。
4.根据权利要求1或2所述的监控电路(30)，其中，所述串联电路(8)被设置在所述收发器电路(20)之中。
5.根据权利要求1或2所述的监控电路(30)，其中，所述开关装置(6)工作在高边驱动状态下。
6.根据权利要求1或2所述的监控电路(30)，其中，所述开关装置(6)工作在低边驱动状态下。
7.一种监控***(60)，其包含：
-中央的控制器(50)，其与总线***(40)的两根总线导线(38、39)连接；
-至少一个监控电路(30)，其根据上述权利要求中任一项来实施并且通过其两个连接端(11、12)与所述总线***(40)的所述两根总线导线(38、39)连接，其中，所述监控***(60)具有一根硬件导线(35)，通过其将所述监控电路(30)的控制电子设备(10)与所述中央的控制器(50)相连接。
8.根据权利要求7所述的监控***(60)，其中，所述中央的控制器(50)被实施为蓄电池管理***和/或包括一个收发器电路(20)和/或导线终端电阻(5)，通过所述导线终端电阻将所述中央的控制器(50)与所述总线***(40)的总线导线(38、39)相连接。
9.一种用于初始化根据权利要求7或8所述的监控***(60)的方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：
-由中央的控制器(50)通过在硬件导线(35)上传输的激活信号激活(S1)至少两个监控电路(30)中的第一监控电路；
-由已激活的监控电路(30)的控制电子设备(10)闭合(S2)所述已激活的监控电路(30)的开关装置(6)；
-在所述已激活的监控电路(30)的所述控制电子设备(10)与所述中央的控制器(50)之间建立(S3)通信；
-由所述中央的控制器(50)向所述已激活的监控电路(30)分配(S4)一个唯一的识别码；
-由所述已激活的监控电路(30)的所述控制电子设备(10)断开(S5)所述已激活的监控电路(30)的所述开关装置(6)；
-将激活信号在所述硬件导线(35)上从所述已激活的监控电路(30)的所述控制电子设备(10)传输至另一个未激活的监控电路(30)的控制电子设备(10)；
-以闭合(S2)所述另一个监控电路(30)的开关装置(6)的步骤重新开始(S7)所述方法。
10.根据权利要求9所述的用于初始化监控***(60)的方法，还包括一旦所述监控***(60)的所有的监控电路(30)都已被激活则结束所述方法的步骤(S8)。
11.根据权利要求9或10所述的用于初始化监控***(60)的方法，其中，所述方法由所述中央的控制器(50)来控制。
12.一种蓄电池，其具有根据权利要求7或8所述的监控***(60)。
13.一种机动车，其具有根据权利要求12所述的蓄电池，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动***相连接。
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