CN108432082A - 使用仅一个开关进行的电池与控制布线电子器件之间的连通性检查 - Google Patents

使用仅一个开关进行的电池与控制布线电子器件之间的连通性检查 Download PDF

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Abstract

使用仅一个开关进行的电池与控制布线电子器件之间的连通性检查。描述了用于可再充电能量存储***的连通性检查，该***包括一串串联的可再充电能量存储电池模块。每个电池模块包括：个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池，开关，其用于连接检查，监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的监控和控制电路之间。为了执行连通性检查，在一个模块中开关断开，在该模块中测量电池电压以给出第一测量值，该开关闭合。再次测量电池电压以给出第二测量值，并且作出第一测量值与第二测量值之间是否存在差异的确定，该差异将指示不良连接。

Description

使用仅一个开关进行的电池与控制布线电子器件之间的连通 性检查
本发明涉及一种具有电池的可再充电能量存储***以及一种执行连通性检查的方法。
背景技术
能量电池(诸如可再充电能量存储器件，例如，超电容器、超级电容器、锂电容器(Licap)、电池、燃料电池)通常被串联放置以达到更高的直流电压。
电池可以是个体电池(1个超电容器、1个锂电容器、1个电池单元、1个燃料电池等)，或者也可以是一系列更多的电池(例如，4个锂电容器、4个超电容器、……、或6个、或8个)。
在电池管理***中，可以测量个体电池的电压或者来自串联的数个电池的电压。为了测量电压，在电子器件与电池之间优选地存在可信的连接。
可再充电能量存储设备可以包括电源、一串串联的电池模块、以及一组平衡/监控电路，如图1中所示的每模块一个平衡/监控电路。每个电池模块可以包括个体电池或一系列电池。在变压器的主要部分控制开关，并且决定必须在何时对模块进行平衡。电池电压例如通过AD转换器来测得。
附图中到电池模块的连接的编号X.Y如下：
1.X是到模块X的负电极的连接
2.X.是到模块X的正电极的连接
3.X-是模块X的负极到平衡电路的连接
3.X+是模块X的正极到平衡电路的连接。
电池模块12.1、12.2、12.3、12.4各自分别包含监控和控制电路15.1…15.4、开关SW.1…SW.4、滤波器F.1…F.4(诸如电感器)和滤波器电路FC.1…FC.4。例如被实现为微控制器的监控和控制电路(15.1…15.4)被适配成测量与模块相关联的电池的电池模块电压。每个模块通常具有连接到模拟输入P+的滤波器电路(FC.1….FC.4)，以及连接到监控和控制电路(15.1….15.4)的模拟输入P-的滤波器F.1….F.4。
编号11、21、31和N1指的是电源与到每个模块12的输入及其开关SW之间的电流隔离(galvanic isolation)。
电流隔离11、21、31和N1之后的输入V上的电压必须高于电池电压。开关SW(SW1….SW4)是可被用于有源平衡***的开关。当开关SW闭合时，电池模块被充电至电压V。
US 5254930 A公开了一种用于电池备用***中的多个电池的故障检测器。这里在充电电路中的变压器的初级绕组处(不在电池的一侧上)使用2个开关。给予电池的电压和电流被测量，并且在测得故障状况(给予电池的充电电流过高，……)的情况下，充电器的开关将关闭。
US 5666040 A公开了一种网络化电池监视器和控制***以及充电方法。测量电压，并且在过压时，使用开关切换旁路电阻器以使电池放电。这种开关不能被用于连接检查。
US 6844703 B2公开了一种电池单元平衡***，其中针对具有最低荷电状态的电池进行优先充电。至少一个限流器件被电耦合到变压器/整流器电路和电源。该限流器件根据多个电池中的至少一者的反射电压来缓冲源电压。还提供了一种针对具有最低荷电状态的电池执行优先充电的方法。
发明内容
在一个方面，本发明的各实施例提供了一种可再充电能量存储***，其包括一串串联的可再充电能量存储电池模块，每个可再充电电池模块包括：
到个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池的连接，该连接允许该个体可再充电能量存储电池或该多个可再充电能量存储电池连接到该模块，
可控开关，其用于连接检查，
监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，以及
至少一个滤波器电路，
该可再充电能量存储***进一步包括：
单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的监控和控制电路之间，
其中该可再充电能量存储***被适配成使得在该可再充电能量存储***的所有连接完好时，在该可控开关断开时以及在该可控开关闭合时通过监控和控制电路得到的电压测量值没有变化，而在该可控开关断开以及关闭时通过监控和控制电路测得的该电压测量值的偏差是对不良连接的指示。
该***还可被配置成评估电压差是否具有指示不良或故障连接的幅度，例如，而不是不显著的差异。
一旦被连接，单个可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池变成或变为模块的一部分。一般而言，在操作中，多个可再充电能量存储电池将被连接在模块中。在不良连接的情形中，在开关闭合时，滤波器电路被充电。这对电压的偏差的幅度作出了贡献。在电池电压＝0V时也是这种情形，例如，可再充电能量存储设备是超电容器。如果连接不良，则观察到各电压测量值之间的显著差异。因为本发明的滤波器电路在存在不良或故障连接时被充电，所以可以检测从0伏到最大可允许电池电压的整个范围。
有利地，开关致动时间不是很长的。包括超电容器或一个或两个电池单元的监控器单元的电容足够大，以使得在进行测量所需的可控开关导通的时间内，断开开关情况下的电池电压与闭合开关情况下的电池电压之间没有观察到显著差异，从而可再充电能量存储电池不会被充电到显著量，即达到电压变化。一典型值是开关闭合达400微秒，其中最大充电电流为200mA。此类小充电能量将不会对电池电压作出改变。该***可在不连接可再充电能量存储电池的情况下提供，并且该***可被配置成与要使用的可再充电能量存储电池一起工作。因此可控开关可被设定为恰适的闭合时间。
电池模块的所有开关可以同时闭合，并且这些电池模块的所有监控和控制电路可以在这些开关断开的情况下测量电池电压。这允许对所有电池的非常快速的测试。
开关优选地是可控的，并且可被用来控制要在何时平衡连接有电池的模块，以及可在测试不良或故障连接期间被使用。
在该***中，单个公共连接被连接在可再充电能量存储电池的端子与不同模块中的两个监控和控制电路的两个模拟输入之间。
可以在开关与模块的模拟输入之间连接滤波器。
不良连接是从单个公共连接中的不良连接与电池的端子中的不良连接中选择的。
可以提供电源，该电源被连接到每个模块的输入和开关。电源可以与***集成或者作为额外的组件来提供。
可以在电源与每个模块的输入及其开关之间提供用于电流隔离的装置。
开关可以是用于将电荷从电源转移到与开关所位于的模块相关联的电池的可控开关。
滤波器电路可以是连接在开关与到开关所位于的模块的模拟输入之间的电感器。
本发明的各实施例提供了一种在可再充电能量存储***中执行连通性检查的方法，该可再充电能量存储***包括一串串联的可再充电能量存储电池模块，每个可再充电能量存储电池模块包括：
连接，其用于使个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池连接到可再充电能量存储电池模块，
可控开关，其用于连接检查，
监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，
该可再充电能量存储***进一步包括：
单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的监控和控制电路之间，该方法包括针对每个模块：
在一个模块中开关断开，
测量该模块中的电池电压以给出第一测量值，
闭合该开关，
测量该电池电压以提供第二测量值，以及
确定第一测量值与第二测量值之间是否存在电压差。
该***方法还包括评估电压差是否具有指示不良或故障连接的幅度，例如，而非不显著的差异。一旦被连接，单个可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池变成或变为模块的一部分。一般而言，在操作中，多个可再充电能量存储电池将被连接在模块中。在不良连接的情形中，在开关闭合时，滤波器电路被充电。这对电压偏差的幅度作出了贡献。在电池电压＝0V时也是这种情形，例如，可再充电能量存储设备是超电容器。如果连接不良，则观察到各电压测量值之间的显著差异。因为本发明的滤波器电路在存在不良或故障连接时被充电，所以可以检测从0伏到最大可允许电池电压的整个范围。
有利地，开关致动时间不是很长。包括超电容器或一个或两个电池单元的监控器单元的电容足够大，以使得在进行测量所需的可控开关导通的时间内，断开开关情况下的电池电压与闭合开关情况下的电池电压之间没有观察到显著差异，从而可再充电能量存储电池不会被充电到显著量，即达到电压变化。一典型值是开关闭合达400微秒，其中最大充电电流为200mA。此类小充电能量将不会对电池电压作出改变。该***可在不连接可再充电能量存储电池的情况下提供，并且该***可被配置成与要使用的可再充电能量存储电池一起工作。因此可控开关可以针对所选可再充电能量存储电池设定恰适的闭合时间。
电池模块的所有开关可以同时闭合，并且这些电池模块的所有监控和控制电路可以在这些开关断开的情况下测量电池电压。这允许对所有电池的非常快速的测试。
电压差指示不良连接，并且一旦发现不良连接就可以执行动作。例如，该动作可以是报告有缺陷电池的编号、存储关于有缺陷电池的信息、或者激活警报。
可以检测到的不良连接可以是以下各项中的任一项：
单个公共连接中的不良连接以及电池的端子中的不良连接。
本发明的各实施例提供了一种计算机程序产品，包括在处理引擎上实现时执行本发明的各实施例的方法中的任一者的软件代码片段。
可提供其上存储有计算机程序产品的一种非易失性机器可读信号存储设备(诸如光盘、磁盘、固态存储器、或磁带)。
该***和/或方法的优点
·检测电池与测量电子器件之间的连接，还检查电池之间的连接
·连接测试可以在电池电压＝0伏的情况下(例如具有超电容器的那些模块)进行，以使得包括超电容器或电池的***可被检查。超电容器的电压可能走低，甚至到0V，但是可以在其全电压限制内在开路连接的整个范围中得到控制。因为本发明的滤波器电路在存在不良或故障连接时被充电，所以可以检测从0V到最大可允许电池电压的整个范围。
·连接检查可以使用仅1个开关来进行
·有源平衡开关可被用于连接检查
·通过在启动时监控各电池之间的连接来提高安全性。
·识别连接错误是到电子器件的还是连接错误在各电池之间。
·到电子器件的断开连接也可能是熔断器控制(在熔断器被放置在监控和控制设备上的情况下)。
附图简述
图1是具有串联链接的电池模块的可再充电能量存储设备的示意性表示。
图2是根据本发明的一实施例的具有串联链接的电池模块的可再充电能量存储设备的示意性表示，其中公共连接(仅一根导线)在电池电极与监控和控制电路之间。
图3是根据本发明的另一实施例的具有串联链接的电池模块的可再充电能量存储设备的示意性表示，其中公共连接(仅一根导线)在电池电极与监控和控制电路之间。
图4到6示出了可以通过本发明的各实施例检测的不良连接。
图7是用于针对可以通过本发明的各实施例检测的不良连接的连通性检查的流程表。
具体实施方式
将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的且非限制性的。在附图中，出于图示性目的，元素中的一些的尺寸可能被放大而不按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。
此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他顺序来操作。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、在……之上、在……之下等等被用于描述目的，而不一定用于描述相对位置，除非特别指出如此。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。
要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件，或其群组的存在或添加。因此，措辞“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的部件是A和B。
对逻辑、硬件、处理器、或电路***的引用可涵盖任何种类的逻辑或模拟电路***，可以集成到任何程度，且不限于通用处理器、数字信号处理器、ASIC、FPGA、分立组件或晶体管逻辑门等。
图2解说了根据本发明的各实施例的可再充电能量存储***10，其包括一串串联的多个能量存储模块12，每个能量存储模块12包括一个或多个可再充电能量存储电池9。能量存储模块12是可再充电的。每个或任一个能量存储模块12可以包括单个能量存储电池9或多个能量存储电池9的并联连接(未解说)。串联连接在一起的可再充电能量存储模块12形成电池、电池组或电池堆。根据本发明的各实施例，可再充电能量存储模块12可以包括任何类型的可再充电能量存储设备。本发明的各实施例的模块和方法有利地与超电容器或锂电池一起使用。根据本发明的特定实施例，能量存储模块12可以包括超电容器，也被称为超级电容器或者电或电化学双层电容器(EDLC)。这些是电化学电容器，与普通电容器相比，其具有不同寻常的高能量密度；通常在比大容量电解电容器大几千倍的数量级上。典型的电容值的范围可以从数法拉到数千法拉。在替换实施例中，可再充电能量存储模块12可以包括电池单元，例如高能量密度电池单元，诸如举例而言锂或锂离子(Lilon)电池单元。同样可以使用其他类型的可再充电能量存储模块，诸如燃料或液流电池。优选的应用在能量平滑和即时负载设备的领域中，与平均额定功率相比这些设备需要非常高的瞬时功率。
根据本发明的各实施例，每个可再充电能量存储模块12可以具有有限的允许工作电压范围，例如，在2到4V之间。为了获得例如数十到数百伏甚至更多的有用工作电压，例如，用作车辆应用中的能量源，多个且有时是大量的可再充电能量存储模块12需要被串联耦合。根据本发明的各实施例的可再充电能量存储***10可以按需包括用于平衡多个可再充电能量存储模块12上的电荷的***。
可以提供AC信号生成器14以用于对多个可再充电能量存储模块12中的一者或多者进行充电或放电。每个模块12包括监控和控制单元15。
能量存储模块12的每个电池9被提供有作为其正端子的第一端子2.1、2.2、2.3、2.4以及作为其负端子的第二端子1.1、1.2、1.3、1.4。能量存储模块12被成串地耦合，以使得第一能量存储单元9.1...9.4的正端子2.1、2.2、2.3、2.4被耦合到第二能量存储单元9.1...9.4的负端子1.1、1.2、1.3、1.4，依此类推。该串中至少第一能量存储模块12.1的负端子1.1以及该串中的最后一个能量存储模块12.4的正端子2.4可从外部访问。
根据本发明的各实施例，可再充电能量存储模块12被串联链接，其中公共连接(仅一根导线)在正电池端子2.1、2.2、2.3、2.4与其自身模块12的输入P+和毗邻模块的输入P-之间，而负电池端子1.1、1.2、1.3、1.4被连接到其自身模块12的输入P-和不同毗邻模块的输入P+。
监控和控制单元15被适配成用于测量相关联的能量存储模块12的瞬时电参数，例如，跨P+和P-的电压。为了获得该参数，监控和控制单元15被提供有合适的测量电路***。在本发明的一实施例中，这种测量电路***可以是平衡和监控单元15中的模数转换器的模拟输入。
根据本发明的各实施例的每个模块12进一步包括用于接收输入信号的输入端子V。这种输入端子通过开关SW电连接到模块12的输入P+、P-中的一个输入P+。输入信号V是从AC信号发生器14接收的。开关SW的致动可以通过监控和控制单元15控制。根据本发明的这一实施例，测量电路可以数字化测量值(例如，电压)，并且将它们存储。如果连接符合要求，则测得的参数值(例如，电压)在开关SW闭合时以及在其断开时将不会不同。如果这种比较标识出差异，则这是存在较差、不良或错误连接的指示。
开关SW可以是有源开关。有源开关的示例可以是TIAC或晶体管，诸如双极晶体管、MOSFET。
监控和控制电路15具有控制开关SW(SW.1….SW.4)的功能。使用开关SW，检查与每个监控和控制电路(15.1…15.4)和模块12.1…12.4的良好连接(例如，连接3.1-、3.1+、3.2-、3.2+……或3.1、3.(1…2)、3.(2..3)……)以及与电池的良好连接是可能的，而且检查各电池之间的连接(9.1、2.1、1.2、2.2……)也是可能的。
在本发明的所有或任一实施例中，开关SW可以是可控开关，即可电子地控制的，诸如TIAC或诸如双极晶体管或MOSFET之类的晶体管。这些开关的闭合时间可以例如由用户设定。
根据本发明的各实施例，所有模块12可被耦合到AC信号发生器14。该AC信号发生器14可以与***一起提供或分开地购买。该AC信号发生器14可以是块波发生器、正弦信号源、锯齿发生器或任何其他类型的AC信号发生器。在AC信号发生器14是高频信号发生器的情况下是有利的，因为这减小了组件大小。正弦信号发生器是效率更高的，具有更低的峰值电流，因此具有更低的热量生成，并且基本上不会呈现任何开关损耗。然而，块波发生器比正弦信号发生器更易于实现。AC信号发生器14可以从外部源(未解说)(例如，充电器)供电。AC信号发生器14可以由主控制器20控制。针对所有模块12具有单个AC信号发生器14是有利的。可以在开关SW与电池的正电极之间放置滤波器元件F.1….F.4，例如，电感器。
在图3中示意性地解说了根据本发明的另一实施例的可再充电能量存储***10。在图3中，可再充电能量存储模块12被串联链接，其中公共连接(仅一根导线)在正电池端子2.1、2.2、2.3、2.4与其自身模块12的输入P+和毗邻模块的输入P-之间，而负电池端子1.1、1.2、1.3、1.4被连接到其自身模块12的输入P-和不同毗邻模块的输入P+。
监控和控制单元15被适配成用于测量相关联的能量存储模块12的瞬时电参数，例如，跨P+和P-的电压。为了获得该参数，平衡和监控单元15被提供有合适的测量电路***。在本发明的一实施例中，这种测量电路***可以是例如存在于监控和控制单元15中的本地微控制器18的模数转换器的模拟输入。
根据本发明的这一实施例的监控和控制单元15进一步包括用于接收输入信号的输入端子V。这种输入端子通过开关SW电连接到模块12的输入P+、P-中的一者P+。输入信号V是从AC信号发生器14接收的。开关SW的致动可以由本地控制器18控制。
开关SW优选地是可控开关。可控开关的示例可以是TIAC或晶体管，诸如双极晶体管、MOSFET。这些开关的闭合时间可以例如由用户设定。
根据本发明的这一实施例，所有模块12可被耦合到AC信号发生器14。该AC信号发生器14可以是块波发生器、正弦信号源、锯齿发生器或任何其他类型的AC信号发生器。在AC信号发生器14是高频信号发生器的情况下是有利的，因为这减小了组件大小。正弦信号发生器是效率更高的，具有更低的峰值电流，因此具有更低的热量生成，并且基本上不会呈现任何开关损耗。然而，块波发生器比正弦信号发生器更易于实现。AC信号发生器14可以从外部源(未解说)(例如，充电器)供电。AC信号发生器14可以由主控制器20控制。针对所有模块12具有单个AC信号发生器14是有利的。
根据本发明的这一实施例，模块12中的每一者借助于电容器19耦合到AC信号发生器14。由电容器19提供的电容耦合被用来截止共模电压。这是必要的，因为模块12处于不同且变化的电位电平。
根据本发明的这一实施例，测量电路可以数字化测量值(例如，电压)，并且将它们传送给本地控制器18。在开关SW闭合时以及在其断开时测量参数值(例如，电压)。如果这种比较标识出差异，则这是存在较差、不良或错误连接的指示。
本发明的所有实施例都能够检测不连续性，即通过使开关SW断开和闭合并且测量电池电压来执行连通性检查。
例如，在所有实施例中，如果所有连接都是良好的，即没有不良连接：
·所有监控和控制电路都在开关SW断开的情况下测量电池电压，
·为了进行连通性检查，监控和控制电路15在短时间期间使开关SW闭合。因为开关SW是可控的，所以开关致动时间是可控的。有利地，开关致动时间不是很长。包括可再充电能量存储电池(诸如超电容器或一个或两个电池单元)的监控器单元的电容足够大，以使得在进行测量所需的开关SW闭合的时间内，断开开关情况下的电压测量与闭合开关情况下的电压测量之间没有观察到显著的差异。在开关SW需要闭合的短时间内，对可再充电能量存储单元(诸如电池或超电容器)的充电可忽略不计。因此不需要让可控开关SW导通达使可再充电能量存储单元被充电至显著量(即达到可检测的电压变化)的时间。一典型值是开关闭合达400微秒，其中最大充电电流为200mA。这种小充电能量将不会改变可再充电能量存储电池的电池电压。
·所有开关SW可以在同时闭合。
·当所有连接都完好时，测量真正的电池电压，并且在开关SW断开以及SW闭合以进行连接检查时，通过监控电路得到的电压测量没有变化。
本发明的各实施例的操作通过以下示例来解说。
示例1，如果存在到电子器件的不良连接，例如，见图4，公共导线3.(2..3)。
·公共导线3.(2..3)给出了不良连接(由“×”指示示出)。
·为了进行连接检查，所有开关SW同时闭合。如先前所提及的，电压V必须比电池电压更高。
来自模块12.2的监控电路测量电压增长，SW闭合，并且来自模块12.2的滤波器电路FC.2被充电。
使用监控和控制单元15.3测得的电压随着SW闭合而减小。在模块12.3处测得的电压＝电池9.2的电压+电池9.3的电压(这是由来自电池9.2和电池9.3的电池电压形成的固定电压)–通过模块12.2的监控和控制电路15.2测得的电压。
在这一情形中，在SW断开以及SW闭合的情况下的电压测量值存在偏差。该电压测量值的偏差是对不良连接的指示。
示例2，到电池(例如，电池9.3)的负端子的不良连接，见图5：
·当所有SW断开时：电池9.1、电池9.2的电压通过它们的监控和控制电路15.1、15.2来正确地测量。电池9.3的测量电压为低并且是不正确的。电池9.3以上的电压通过它们的监控和控制电路15.4和更高的电路来正确地测量。
·为了进行连接检查，所有开关SW闭合。模块12.3的滤波器电路FC.3被充电至电压V；在监控和控制设备15.3处测得的电压增加至电压V。在SW断开以及SW闭合的情况下的电压测量值存在偏差，并且该偏差是对不良连接的指示。
示例3，到电池(例如，电池9.2)的正端子的不良连接——见图6：
·当所有SW断开时：电池9.1的电压通过监控和控制电路15.1来正确地测量。电池9.2的测量电压为低并且是不正确的，如监控和控制单元15.2所测得的。电池9.2以上的电压通过它们的监控和控制电路15.3和15.4及更高的电路来正确地测量。
·为了进行连接检查，所有开关SW闭合。模块12.2的滤波器电路FC.2被充电至电压V；在模块12.2的监控和控制单元15.2处测得的电压被增加至电压V。在SW断开以及SW闭合的情况下的电压测量值存在偏差，并且该偏差是对不良连接的指示。
图7给出了用于可以使用本发明的任一实施例执行的连通性检查100的流程表。在步骤101，模块12的开关SW断开。在步骤102，检查是否存在将危及结果的来自电池的负载。如果为是，则在步骤103，由模块12测量电压以给出第一测量值，然后是等待步骤104。在步骤105，同一模块12的开关SW闭合。在步骤106，再次测量电压以提供第二测量值。在步骤107，确定第一测量值与第二测量值之间是否存在差异。如果为是，则存在不良连接，并且执行动作。该动作可以是报告有缺陷电池的编号或者激活警报。如果为否，则对另一电池重新开始连通性检查。在步骤108，该开关断开。在步骤109，令人满意地完成连通性检查。
本发明涉及可再充电能量存储***，其包括：
一串串联的可再充电能量存储电池模块，每个电池模块包括：
个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池，
可控开关，其用于连接检查，
监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，以及
至少一个滤波器电路，
该可再充电能量存储***进一步包括：
单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的监控和控制电路之间。
可以提供控制器以至少控制可控开关，并且该控制器具有诸如由一个或多个微处理器、FPGA的处理器或中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)提供的处理能力，并且可被适配成通过使用软件进行编程(即一个或多个计算机程序)来执行它们各自的功能。
此类控制器可以具有存储器(诸如非瞬态计算机可读介质、RAM和/或ROM)、操作***、可任选地显示器(诸如固定格式显示器)、数据输入设备(诸如键盘)、指针设备(诸如“鼠标”)、用于与其他设备通信的串行或并行端口、连接到任何网络的网卡和连接。
软件可被适配成执行用于重配置可再充电能量存储(诸如电池、诸如锂电容器、超电容器或超级电容器的混合、燃料电池、或类似能量存储)的方法，其包括具有可控开关以及可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的监控和控制电路之间的单个公共连接的模块。
软件可被实现在计算机程序产品中，该计算机程序产品被适配成在软件被加载到控制器上并且在一个或多个处理引擎(诸如微处理器、ASIC的处理器、FPGA的处理器等)上执行时执行以下功能：
打开一个模块中的开关，
测量该模块中的电池电压以给出第一测量值
闭合该开关
测量该电池电压以提供第二测量值，以及
确定第一测量值与第二测量值之间是否存在差异。差异将指示不良连接。
软件可被实现在计算机程序产品中，该计算机程序产品被适配成在软件被加载到控制器上并且在一个或多个处理引擎(诸如微处理器、ASIC的处理引擎、FPGA的处理引擎等)上执行时执行以下功能：
存储有缺陷电池的编号，
生成该有缺陷电池的报告或者
激活警报。
上述软件中的任何软件可被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品已被编译用于服务器或网络节点中的任何一者中的处理引擎。计算机程序产品可被存储在非瞬态信号存储介质上，诸如光盘(CD-ROM或DVD-ROM)数字磁带、磁盘、固态存储器(诸如USB闪存)、ROM等等。

Claims (26)

1.一种可再充电能量存储***，包括一串串联的可再充电能量存储电池模块，每个电池模块包括：
连接，其用于连接到个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池，
可控开关，其用于连接检查，
监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，以及
滤波器电路，
所述可再充电能量存储***进一步包括：
单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的所述监控和控制电路之间，
其中所述可再充电能量存储***被适配成使得在所述可再充电能量存储***的所有连接完好时，在所述开关断开时以及在所述开关闭合时通过所述监控和控制电路得到的电压测量值没有变化，而在所述开关断开以及闭合时通过所述监控和控制电路测得的所述电压测量值的偏差是对不良连接的指示，其中在不良连接的情形中所述开关闭合并且所述滤波器电路被充电。
2.如权利要求1所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述电池模块的所有开关同时闭合，并且所述电池模块的所有监控和控制电路在这些开关断开的情况下测量电池电压。
3.如权利要求1或2所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述可控开关用于控制要在何时平衡模块。
4.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述单个公共连接被连接在可再充电能量存储电池的端子与不同模块中的两个监控和控制电路的两个模拟输入之间。
5.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，进一步包括连接在所述开关与模块的模拟输入之间的滤波器。
6.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述不良连接是从所述单个公共连接中的不良连接和电池的端子中的不良连接中选择的。
7.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，进一步包括电源，所述电源被连接到每个模块的输入和所述开关。
8.如权利要求7所述的可再充电能量存储***，其特征在于，进一步包括所述电源与所述每个模块的输入及其开关之间的电流隔离。
9.如权利要求7或8所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述可控开关用于将电荷从所述电源转移到与所述开关所位于的模块相关联的电池。
10.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述滤波器电路是连接在所述开关与到所述开关所位于的模块的模拟输入之间的电感器。
11.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述可再充电能量存储***被配置成评估电压偏差是否具有指示不良连接的幅度。
12.如任一前述权利要求所述的可再充电能量存储***，其特征在于，所述可控开关的闭合时间被设定。
13.一种在可再充电能量存储***中执行连通性检查的方法，所述可再充电能量存储***包括一串串联的可再充电能量存储电池模块，每个电池模块包括：
到个体可再充电能量存储电池或多个可再充电能量存储电池的连接，
开关，其用于连接检查，
监控和控制电路，其被适配成用于测量电池模块电压，以及
滤波器电路，
所述可再充电能量存储***进一步包括：
单个公共连接，其在可再充电能量存储电池的端子与各个模块内的所述监控和控制电路之间，所述方法包括针对每个模块：
在一个模块中所述开关断开，
测量所述模块中的电池电压以给出第一测量值
闭合所述开关，其中在检测到不良连接的情况下，在所述开关闭合时，所述滤波器电路被充电；
测量所述电池电压以提供第二测量值，以及
确定所述第一测量值与所述第二测量值之间是否存在电压差。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述电池模块的所有开关同时闭合，并且所述电池模块的所有监控和控制电路在这些开关断开的情况下测量电池电压。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，差异指示不良连接，并且执行动作。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述动作是报告有缺陷电池的编号或者激活警报。
17.如权利要求13到16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述不良连接是从所述单个公共连接中的不良连接和电池的端子中的不良连接中选择的。
18.如权利要求13到17中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括操作所述开关以用于控制要在何时平衡模块。
19.如权利要求13到18中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括在可再充电能量存储电池的端子与不同模块中的两个监控和控制电路的两个模拟输入之间连接所述单个公共连接。
20.如权利要求13到19中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括将电源连接到每个模块的输入及其开关。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述电源与所述每个模块的输入及其开关之间提供电流隔离。
22.如权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述开关用于将电荷从所述电源转移到与所述开关所位于的模块相关联的电池。
23.如权利要求13到22中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述开关与模块的模拟输入之间连接滤波器。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，进一步包括通过在所述开关与到所述开关所位于的模块的模拟输入之间连接电感器来提供所述滤波器。
25.一种计算机程序产品，包括在处理引擎上实现时执行方法权利要求13到24中的任一项的软件代码片段。
26.一种非易失性信号存储设备，所述非易失性信号存储设备存储权利要求25所述的计算机程序产品。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111245039A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 丰田自动车株式会社 电源***

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3398239A1 (en) * 2015-12-29 2018-11-07 Vito NV Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
EP3571753B1 (en) * 2017-01-23 2024-04-24 Rafael Advanced Defense Systems Ltd. System for balancing a series of cells
EP3751299B1 (en) 2019-06-11 2023-08-09 Volvo Car Corporation Detecting latent faults within a cell of an energy storage system
US11424492B2 (en) 2019-10-31 2022-08-23 Sion Power Corporation System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery
US20220069593A1 (en) * 2020-09-01 2022-03-03 Sion Power Corporation Multiplexed battery management system
US11750014B2 (en) * 2021-07-09 2023-09-05 Transportation Ip Holdings, Llc Battery control system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1681152A (zh) * 2004-04-09 2005-10-12 三洋电机株式会社 电源装置
CN102325670A (zh) * 2009-03-26 2012-01-18 株式会社日立制作所 车辆用电池***
WO2012008509A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Ricoh Company, Ltd. Protective semiconductor apparatus for an assembled battery, a battery pack including the protective semiconductor apparatus, and an electronic device
US20130057293A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Renesas Electronics Corporation Voltage monitoring circuit, test method therefor, and voltage monitoring system
CN103165951A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 现代摩比斯株式会社 二次电池的断路检测设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5254930A (en) 1992-06-10 1993-10-19 Digital Equipment Corporation Fault detector for a plurality of batteries in battery backup systems
US5666040A (en) 1996-08-27 1997-09-09 Bourbeau; Frank Networked battery monitor and control system and charging method
US6844703B2 (en) 2002-08-14 2005-01-18 The Boeing Company Battery cell balancing system
JP4359301B2 (ja) 2006-10-04 2009-11-04 本田技研工業株式会社 充電装置
JP4693761B2 (ja) * 2006-12-25 2011-06-01 株式会社東芝 組電池システム
EP2230529B1 (en) * 2009-03-18 2012-11-14 Vito NV A power cell system with means for detecting a discontinuity
DK2302757T3 (da) 2009-09-24 2020-07-27 Vito Nv Vlaamse Instelling Voor Tech Onderzoek Nv Fremgangsmåde og system til udligning af ladningen af elektriske energilagringsceller
JP2011155718A (ja) * 2010-01-26 2011-08-11 Yazaki Corp 充放電装置
FR2956260B1 (fr) 2010-02-05 2012-04-13 Commissariat Energie Atomique Systeme d'equilibrage de charge pour batteries
HUP1000311A2 (en) 2010-06-14 2012-08-28 Ferenc Stangl System and method for charge equalisation and/or charring of electrical energy storing units
JP5974882B2 (ja) * 2012-12-14 2016-08-23 三菱自動車工業株式会社 電圧バランス制御装置
TWI627812B (zh) 2013-04-05 2018-06-21 美商線性科技股份有限公司 電壓補償主動電池平衡的裝置、系統及方法
JP6558204B2 (ja) * 2015-10-21 2019-08-14 株式会社デンソー 異常判定装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1681152A (zh) * 2004-04-09 2005-10-12 三洋电机株式会社 电源装置
CN102325670A (zh) * 2009-03-26 2012-01-18 株式会社日立制作所 车辆用电池***
WO2012008509A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Ricoh Company, Ltd. Protective semiconductor apparatus for an assembled battery, a battery pack including the protective semiconductor apparatus, and an electronic device
CN103109197A (zh) * 2010-07-14 2013-05-15 株式会社理光 组装电池的半导体保护装置、包括半导体保护装置的电池组以及电子设备
US20130057293A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Renesas Electronics Corporation Voltage monitoring circuit, test method therefor, and voltage monitoring system
CN103165951A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 现代摩比斯株式会社 二次电池的断路检测设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111245039A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 丰田自动车株式会社 电源***
CN111245039B (zh) * 2018-11-28 2023-12-26 丰田自动车株式会社 电源***

Also Published As

Publication number Publication date
JP6902545B2 (ja) 2021-07-14
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US20180375348A1 (en) 2018-12-27
US10236695B2 (en) 2019-03-19
CN108432082B (zh) 2022-05-13
CA3007597A1 (en) 2017-06-29
JP2019503161A (ja) 2019-01-31

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