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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb und spezieller auf das Überwachen von Batterieschützschaltern durch einen Mikrocontroller, der von den Batterieschaltungen digital isoliert ist.
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Die DC-Leistungsquelle (z. B. eine Batterie) und andere Elemente von Elektroantrieben für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge erfordern das Überwachen, um sowohl den Wirkungsgrad und die Leistung zu maximieren als auch, um eventuelle Fehlfunktionen zu detektieren. Gebräuchliche Batteriearten, wie zum Beispiel Lithiumionen (Li-Ion), verwenden eine große Anzahl von Zellen, die zusammen innerhalb eines Batteriesatzes gestapelt sind. Neben dem Überwachen der Gesamtspannungsausgabe durch einen Batteriesatz wird typischerweise jede Zelle einzeln überwacht, um ihre Spannungsproduktion und andere Parameter zu bestimmen. Die Temperatur jeder Zelle wird ebenfalls überwacht, um sie vor Überhitzung zu schützen.
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Wegen der beteiligten Hochspannungspegel, der Bandbreite der Zwischenspannungen, bei denen jeweilige Zellen innerhalb des Stapels arbeiten, und des erforderlichen hohen Genauigkeitsgrades ist es sehr anspruchsvoll, die verschiedenen Batteriezustände zuverlässig zu überwachen. Verschiedene integrierte Schaltungsbauelemente zur Batterieüberwachung sind kommerziell zur Verwendung im Fahrzeugumfeld entwickelt worden. Zu Beispielen für ein im Handel verfügbares Batterieüberwachungs-IC-Bauelement zählen das Bauelement AD7280A von Analog Devices, Inc., aus Norwood, Massachusetts, die Bauelemente LTC6804 von Linear Technology Corporation aus Milpitas, California, und der ISL94212 Multi-Cell Li-Ion Battery Manager (Mehrzellen-Lilonen-Batteriemanager) von Intersil Corporation aus Milpitas, California. Zusätzlich zu mehreren Eingängen zum direkten Überwachen jeweiliger Batteriezellen, enthalten die bekannten IC-Bauelemente mehrere Analogeingänge zum Messen der Ausgänge von Thermistorschaltungen, die als Temperatursensoren für die jeweiligen Batteriezellen verwendet werden.
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Die
DE 10 2007 029 156 A1 offenbart eine Überwachungsschaltung für eine Niederspannungsquelle mit Batterien in Reihenschaltung. Die Überwachungsschaltung umfasst mehrere Potentialabgriffe und umfasst eine Messerfassungseinrichtung und eine galvanische Trennungseinrichtung, wobei die Messerfassungseinrichtung Niederspannungseingänge aufweist, die mit den Potentialabgriffen verbindbar sind, und die Messerfassungseinrichtung eingerichtet ist, die jeweiligen Potentiale an den Potentialabgriffen zu erfassen und als Spannungswertsignal an einem Niederspannungs-Datenausgang der Messerfassungseinrichtung auszugeben. Die galvanische Trennungseinrichtung ist mit dem Niederspannungs-Datenausgang verbunden und eingerichtet, das Spannungswertsignal an einem Kleinspannungs-Datenausgang auszugeben, der von dem Niederspannungs-Datenausgang galvanisch getrennt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen eines Niederspannungsabschnitts eines elektrischen Antriebs mittels einer galvanisch getrennten Kleinspannungs-Steuereinheit, mit den Schritten: Umwandeln von Niederspannungsmesssignalen, die von dem Niederspannungsabschnitt stammen, in Datensignale innerhalb des Niederspannungsabschnitts und Übertragen der Datensignale an die Kleinspannungs-Steuereinheit über eine galvanische Trennvorrichtung.
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Zudem ist aus der
DE 10 2009 046 564 A1 ein Batteriesystem mit einem ein Batteriemodul umfassenden Hochspannungsnetz und einem eine BCU umfassenden Niederspannungsnetz bekannt, wobei das Batteriemodul eine Vielzahl von seriengeschalteten Batteriezellen und eine Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten aufweist, welche ausgebildet sind, Batteriespannungen der Batteriezellen auf ein erstes Steuersignal hin zu messen und zu übermitteln, und wobei die BCU dazu ausgebildet ist, einen Ladungszustand der Batteriezellen zu bestimmen. Die BCU umfasst einen Microcontroller und einen Nanocontroller, wobei der Nanocontroller mit den Zellüberwachungseinheiten direkt verbunden oder verbindbar und mit dem Microcontroller über einen Isolator verbunden und ausgebildet ist, das erste Steuersignal zu erzeugen und an die Zellüberwachungseinheiten zu übermitteln und die von den Zellüberwachungseinheiten übermittelten Batteriespannungen der Batteriezellen zu empfangen und an den Microcontroller weiterzuübermitteln.
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Außerdem offenbart die
US 8 054 043 B2 eine Autostromquellenvorrichtung, die mit einer Reihenbatterieanordnung mit mehreren in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien versehen ist, um einen Elektromotor, der das Auto antreibt, mit Strom zu versorgen, wobei Ausgleichsschaltungen die elektrischen Eigenschaften der Batterie durch Entladen oder Laden jeder Batterie ausgleichen der Reihenbatterieanordnung, einen Abschaltmechanismus, der in Reihe mit der Reihenbatterieanordnung geschaltet ist, um die Reihenverbindung zu trennen, und eine Stoppschaltung, die den Abschaltzustand der Abschaltung detektiert Mechanismus und steuert den Betrieb der Ausgleichsschaltung. In dieser Autostromquellenvorrichtung erfasst die Stoppschaltung eine Abschaltung aufgrund einer Entfernung des Abschaltmechanismus und stoppt den Ausgleichsvorgang, der durch die Ausgleichsschaltungen durchgeführt wird.
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Zuletzt ist noch die
US 8 513 918 B2 zu nennen, die folgendes Fahrzeugbatteriesteuerungssystem umfasst: ein Batteriemodul, das aus einer Vielzahl von Zellen besteht, die in Reihe geschaltet sind; eine Zellensteuerung, die jede Spannung an der Vielzahl von Zellen erfasst; und eine Batteriesteuereinheit, die eine Gesamtspannung des Batteriemoduls auf der Grundlage eines Signals von einem Spannungssensor erfasst, der zwischen einem mit dem Batteriemodul verbundenen Schütz und einer mit dem Schütz verbundenen Wechselrichterausrüstung angeordnet ist, und einen Batteriezustand des Batteriemoduls auf der Grundlage der erfassten Gesamtspannung berechnet. Und die Batteriesteuerungseinheit berechnet den Batteriezustand auf der Grundlage eines Gesamtwerts der Spannungen an der Vielzahl von Zellen, die von der Zellensteuerung anstelle der Gesamtspannung erfasst werden, wenn sich das Schütz in einem offenen Zustand befindet.
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Die gemessenen Parameter der Batteriezellen, des Batteriesatzes und zugehöriger Bauelemente werden alle von einem Hauptmikrocontroller oder -mikroprozessor zum Durchführen von Batteriemanagement und -kommunikation verwendet. Zu einigen der wichtigsten zu überwachenden Komponenten zählen die Batterieschützschalter, die den Batteriesatz mit den Fahrzeuglasten verschalten (z. B. mit dem Wechselrichter zum Ansteuern eines Elektromotors). Der Hauptmikrocontroller befindet sich typischerweise in einem diskreten Batteriesteuerungsmodul oder -gehäuse, das mit anderen Fahrzeugkomponenten, wie zum Beispiel einem Fahrzeugsystem-/Antriebsstrang-Controller oder einem Fahrer-Schnittstellenmodul, verkoppelt ist. Folglich verwendet der Hauptmikrocontroller ein Chassis-Massepotential als seine Bezugsspannung. Das Chassis-Massepotential ist vom Bezugspotential der Hauptbatterie isoliert, die an einem negativen Bus der Batterie bereitgestellt wird.
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Die Batterieüberwachungs-ICs, die beim Batteriesatz eingesetzt werden, müssen die Batteriezellen überwachen, während sie auf den negativen Bus der Batterie bezogen sind. Demzufolge müssen die Batterieüberwachungs-ICs und andere Überwachungsbauelemente, die in der Hochspannungsdomäne verbunden sind, mit dem Hauptmikrocontroller über domänenübergreifende Elemente kommunizieren, die digitale Isolierung zwischen der Hochspannungs-Batteriedomäne und der Chassis-Massepotentialdomäne (d. h. der Niederspannungsdomäne) des Hauptmikrocontrollers bereitstellen. Damit der Hauptmikrocontroller sowohl die Überwachungselemente steuern als auch die resultierenden, gemessenen Daten aufnehmen kann, werden typischerweise relativ teure Komponenten eingesetzt, wie zum Beispiel photoMOS-Transistoren und eine zweckgebundene, hochspannungsbezogene integrierte Analog-Digital- (A/D-) Wandlerschaltung. Es wäre sehr zu wünschen, die Verwendung der teuren Zusatzkomponenten zu vermeiden, während gleichzeitig robuste Detektion des Zustands der Schützschalter aufrechterhalten wird.
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In einem Aspekt der Erfindung wird ein Elektrofahrzeugsystem bereitgestellt, das einen mehrzelligen Batteriesatz aufweist, der eine Hauptbatteriespannung zwischen einem positiven und einem negativen Bus zuführt. Ein erster Schützschalter verschaltet den positiven Bus wählbar mit einer Last. Ein zweiter Schützschalter verschaltet den negativen Bus wählbar mit der Last. Ein Hauptmikrocontroller überwacht die Leistung des Batteriesatzes und der Schützschalter, wobei der Hauptmikrocontroller mit einem Chassis-Massepotential verschaltet ist und digital vom positiven und negativen Bus isoliert ist. Ein Batterieüberwachungs-IC ist mit dem Batteriesatz verbunden, um jeweilige Spannungen von Zellen im Batteriesatz zu messen, wobei das Batterieüberwachungs-IC einen isolierten seriellen Datenlink zum Hauptmikrocontroller aufweist, um die gemessenen Spannungen zu melden. Das Batterieüberwachungs-IC enthält weiterhin mehrere Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingänge und einen Hilfsausgangsanschluss, der wählbar ein Ansteuersignal bereitstellt. Ein Auswerteschalter weist einen Eingang, einen Ausgang und einen Steueranschluss auf, wobei der Eingang mit einem Knoten zwischen dem ersten Schützschalter und der Last verbunden ist. Der Steueranschluss ist mit dem Hilfsausgangsanschluss verschaltet, so dass der Auswerteschalter als Reaktion auf einen Befehl aktiviert wird, der aus dem Hauptmikroprozessor über den seriellen Datenlink aufgenommen wird. Ein Spannungsteiler ist zwischen dem Ausgang des Auswerteschalters und dem negativen Bus verschaltet, was eine geteilte Spannungsausgabe für einen der Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingänge bereitstellt. Das Batterieüberwachungs-IC überträgt einen Digitalwert, der die geteilte Spannungsausgabe darstellt, über den seriellen Datenlink zum Hauptmikroprozessor, und der Hauptmikroprozessor bestimmt einen Zustand des ersten Schützschalters als Reaktion auf den Digitalwert.
- 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Ausführungsform eines Elektroantriebssystems nach dem Stand der Technik zeigt.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das ein im System aus 1 verwendetes Verfahren zeigt.
- 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Elektroantriebssystems der vorliegenden Erfindung mit einer Umsetzungsform der Schützschalterüberwachung zu geringeren Kosten.
- 4 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens der Erfindung.
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Mit Bezug auf 1 enthält ein konventionelles Elektrofahrzeugsystem 10 einen Hauptbatteriesatz 11, der einzelne Zellen aufweist, zu denen mehrere typische Zellen 11 a - 11kzählen. Mehrere Batterieüberwachungs-ICs 12, 13 und 14 sind mit jeweiligen der gestapelten Batteriezellen verbunden. Die Zellüberwachungseingänge 16 verbinden jede entsprechende Zelle mit einem jeweiligen Eingangs-Pin (z. B. CeIl0ln) der Batterieüberwachungs-ICs 12 - 14. Die gleichen Verbindungen, die für das Batterieüberwachungs-IC 12 gezeigt werden, wären auch bei den Batterieüberwachungs-ICs 13 und 14 vorhanden, werden aber in 1 nicht alle gezeigt. Ein Hauptmikroprozessor 15 nimmt gemessene Daten aus einem seriellen Ausgang des IC 12 auf, der über einen Digitalisolator 16 verschaltet ist, wodurch ein serieller Datenlink gebildet wird, der zur Zwei-Wege-Kommunikation zwischen der Hochspannungsdomäne des IC 12 und der Niederspannungs-, auf das Chassis-Massepotential bezogenen Domäne des Hauptmikrocontrollers 15 in der Lage ist. Der Hauptmikrocontroller 15 ist mit einem Chassis-Massepotential 17 verschaltet, während die Isolationsschaltung 16 sowohl mit dem Chassis-Massepotential 17 als auch mit einem Hochspannungsmassepotential 18 verschaltet ist.
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Die Ausgabe des Batteriesatzes 11 ist zwischen einem positiven Bus 20 und einem negativen Bus 21 verschaltet. Die Fahrzeuglasten 22, wie zum Beispiel ein DC/AC-Wechselrichter zum Ansteuern einer Elektromotormaschine (der möglicherweise ein DC/DC-Aufwärtswandler vorgeschaltet ist), nehmen Gleichstromleistung aus den Bussen 20 und 21 über die Hauptschützschalter 23 bzw. 24 auf. Ein Vorladeschalter 25 und ein Vorladewiderstand 26 sind möglicherweise über dem positiven Schützschalter 23 verschaltet, wie in der Technik bekannt ist. Die Schützschalter werden auf eine konventionelle Art und Weise angesteuert, wie in der Technik bekannt ist.
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Das Batterieüberwachungs-IC 12 enthält mehrere Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingänge 30, die jeweils mit dem negativen Bus 21 und dem Massepotential 18 über jeweilige Thermistoren 31 a - 33a verschaltet sind. Jeder Thermistor ist mit einer Bezugsspannung durch jeweilige Pull-up-Widerstände 31 b - 33b verschaltet. Die Thermistoren 31 a - 33a sind jeweils in der Nähe einer jeweiligen Batteriezelle montiert, um als Temperatursonden zu fungieren. Jede jeweilige Thermistorspannung wird durch das Batterieüberwachungs-IC 12 in einen entsprechenden Digitalwert gewandelt, der zusammen mit den einzelnen Zellspannungen über den seriellen Datenlink an den Hauptmikrocontroller 15 gesendet wird, um es dem Hauptmikrocontroller 15 zu gestatten, den Betrieb jeder Batteriezelle zu überwachen.
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Es ist wünschenswert, dass der Hauptmikrocontroller 15 ebenfalls den Zustand der Schützschalter 23 und 24 überwacht, um sicherzustellen, dass sie korrekt auf ihre jeweiligen Steuersignale (nicht dargestellt) reagieren. Es wird somit gewünscht, die Spannungen an den Lastseiten der Schalter 23 und 24 zu messen, was Messung in der Hochspannungsdomäne erfordert.
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In den konventionellen Systemen sind zweckgebundene Schaltkreise erforderlich gewesen, um auf Basis gemessener Spannungen an den Knoten zwischen den Schützschaltern und der Last auf den Zustand der Schützschalter 23 und 24 zu schließen. Zum Beispiel besteht ein erstes domänenübergreifendes Bauelement 35 möglicherweise aus einem photoMOS-Bauelement mit einem Steuereingang 36, der zum Aufnehmen eines Logikpegel-Steuersignals aus dem Hauptmikrocontroller 15 verschaltet ist. Ein Bezugseingang 37 nimmt eine Bezugsspannung Vcc aus einer Versorgung 38 auf. Der Hauptmikrocontroller 15 zieht den Eingang 36 auf einen Low-Logikpegel herunter, um eine Fotodioden-Lichtquelle 40 im Bauelement 35 zu aktivieren, wodurch ein Ausgangstransistor 41 eingeschaltet wird.
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Ein Widerstand 42 verschaltet einen Drain des Transistors 41 mit der Lastseite des Schützschalters 23. Eine Source des Transistors 41 ist mit einer Seite eines Widerstands 43 verbunden, dessen andere Seite mit einer Mittelpunktbezugsspannung 44 an einem Mittelpunkt des Batteriesatzes 11 verschaltet ist. Die Source des Transistors 41 ist weiterhin mit einem Wandlereingang 45 eines zweckgebundenen Analog-Digital-Wandlers (ADC) 46 verbunden. Eine Hilfsquelle 47 in der Hochspannungsdomäne stellt eine Versorgungsspannung Vhh für den ADC 46 bereit. Wenn der Hauptmikrocontroller 15 eine Auswertung des Zustands des Schützschalters 23 initialisiert, aktiviert er das domänenübergreifende Bauelement 35, wodurch er den Transistor 41 einschaltet und einen aus den Widerständen 42 und 43 bestehenden Spannungsteiler zwischen der Lastseite des Schützschalters 23 und der Bezugsspannung 44 bildet. Die Spannung am Knoten der Widerstände 42 und 43 wird vom ADC 46 abgetastet, und der resultierende Digitalwert wird von einem seriellen Ausgang 48 an eine Isolationsschaltung 50 zur Rückübertragung an einen entsprechenden seriellen Eingang des Hauptmikrocontrollers 15 ausgegeben.
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Um den Zustand des negativen Schützschalters 24 zu bestimmen, aktiviert ein domänenübergreifendes Bauelement 50, das ähnlich mit dem Hauptmikrocontroller 15 verbunden ist, einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen 51 und 52 zwischen der Mittelpunktbezugsspannung 44 und der Lastseite des Schalters 24 besteht. Eine zwischen den Widerständen 51 und 52 auftretende Spannung wird von einem invertierenden Verstärker 53 invertiert und mit einem Wandlereingang 54 am ADC 46 verschaltet, und der resultierende Digitalwert wird vom Ausgang 48 zurück zum Hauptmikrocontroller 15 verschaltet. In jedem Fall wertet der Hauptmikrocontroller 15 die aus den Spannungsteilern eingeholten Digitalwerte aus, um zu bestimmen, ob Batteriespannung so erkannt wird oder nicht erkannt wird, wie es gemäß dem Zustand der Schützschalter 23 und 24 erwartet wird.
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2 fasst das Verfahren zum Bestimmen des Zustands der Schützschalter nach dem Stand der Technik zusammen. Im Schritt 55 werden geeignete Ansteuersignale für die Batterieschützschalter danach gesetzt, ob die Lasten mit der Batterie verbunden werden sollen oder nicht. Wenn der Hauptmikrocontroller versucht, zu bestätigen, dass die gewünschte Position der Schützschalter erreicht worden ist, schaltet er in Schritt 56 die domänenübergreifenden Bauelemente ein. Der zweckgebundene Analog-Digital-Wandler in der Hochspannungsdomäne sendet im Schritt 57 die gemessenen Spannungen von den jeweiligen Spannungsteilern zum Hauptmikrocontroller über einen zweckgebundenen, isolierten seriellen Link. Im Schritt 58 prüft der Hauptmikrocontroller die Spannungsmessungen, um den Zustand der Schützschalter zu bestimmen. Zum Beispiel wäre eine positive Spannung, die größer als ein Schwellenwert ist, zu erwarten, wenn ein Schützschalter geschlossen ist. Falls die erforderliche Spannung nicht während eines Zeitpunkts gefunden wird, für den das Schließen eines Schützschalters angewiesen wurde, dann wird auf einen Fehler des Schützschalters geschlossen.
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Die domänenübergreifenden Schalter und zweckgebundenen Komponenten (zu denen z. B. ein Analog-Digital-Wandler, digitale Isolierung und invertierende Verstärker zählen) führen zu erheblichen Zusatzkosten. Es wäre wünschenswert, die Fähigkeiten von Batterieüberwachungs-ICs besser zu nutzen, um die Schützzustände ohne das Zufügen von Komponenten zu hohen Kosten auszuwerten.
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Wie in 3 gezeigt wird, erreicht die vorliegende Erfindung die vorher genannten Ziele, indem die Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingänge eines Batterieüberwachungs-IC vom Durchführen von Temperaturüberwachung zum Durchführen von Schützzustandsüberwachung umfunktioniert werden.
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Ein mehrzelliger Batteriesatz 60 stellt eine Hauptbatteriespannung zwischen dem positiven Bus 61 und dem negativen Bus 62 bereit. Die Lasten 63 des Elektrofahrzeugs (z. B. Aufwärtswandler und Wechselrichter) sind mit den Bussen 61 und 62 durch einen positiven Schützschalter 64 und durch einen negativen Schützschalter 65 verschaltet. Mehrere Batterieüberwachungs-ICs 66 - 68 sind auf die gleiche Art und Weise mit einzelnen Batteriezellen verbunden, um Zellspannungen und Ähnliches zu überwachen. Jedes Batterieüberwachungs-IC weist einen seriellen Datenlink zu einem Hauptmikrocontroller 70 auf, wie zum Beispiel einen seriellen Link 71, der durch eine digitale Isolationsschaltung 72 vom seriellen Ausgangs-Pin 83 des Batterieüberwachungs-IC 66 zum Hauptmikrocontroller 70 bereitgestellt wird. Wie in der Technik bekannt ist, kann das Senden eines seriellen Links (z. B. SPI, serial peripheral interface, serielle periphere Schnittstelle) über die Hochspannungs-Niederspannungs-Domänengrenze unter Verwendung eines Digitalisolators erfolgen (z. B. Analog Devices ADuM1401 quad-channel digital isolator, Vierkanal-Digitalisolator). Der Hauptmikrocontroller 70 bezieht sich auf ein Chassis-Massepotential 73, während die Hochspannungsdomäne sich auf ein Hochspannungs-Massepotential 74 bezieht. Der Hauptmikrocontroller 70 ist digital von den Bussen 61 und 62 isoliert, so dass er einfach mit anderen Steuerungsmodulen (nicht dargestellt) im gesamten Fahrzeug verbunden werden kann.
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Um den Zustand des positiven Schützschalters 64 zu bestimmen, weist ein Hochspannungs-Auswerteschalter 75 einen Eingang, der mit dem Knoten zwischen dem positiven Schützschalter 64 und der Last 63 verschaltet ist, und einen Ausgang, der mit dem negativen Bus 62 durch einen aus den Widerständen 76 und 77 bestehenden Spannungsteiler verschaltet ist, auf. Eine Rückstromsperrdiode 78 ist möglicherweise zwischen dem Ausgang des Schalters 75 und dem Widerstand 76 verschaltet, um das Schalten und andere Störgrößen zu behandeln. Ein Knoten 80 zwischen den High-Side- und Low-Side-Widerständen 76 und 77 stellt eine geteilte Spannungsausgabe für einen Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingang 81 des IC 66 durch einen Filter 82 bereit, der möglicherweise optional enthalten ist, um Rauschen und Störgrößen weiter zu reduzieren.
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Der Auswerteschalter 75 enthält möglicherweise geeignet vorgespannte Schalttransistoren 86 und 87 zum Hin- und Herschalten der Ausgabe als Reaktion auf ein wählbares Ansteuersignal, das aus einem Hilfsausgangsanschluss 85 des IC 66 aufgenommen wird. Der Anschluss 85 ist möglicherweise ein universeller Eingangs-/Ausgangs- (GPIO, general purpose input/output) Pin, wie er üblicherweise in der Technik verwendet wird. Viele andere akzeptable Transistorbauelemente und Ansteuerungskonfigurationen könnten für den Schalter 75 verwendet werden.
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Wenn eine Bestimmung des Zustands des positiven Schützschalters 64 vom Hauptmikrocontroller 70 benötigt wird, sendet er einen entsprechenden Befehl an das Batterieüberwachungs-IC 66 über den seriellen Link 71. Als Reaktion wird der Hilfsausgangsanschluss 85 auf High gesteuert, um den Auswerteschalter 75 einzuschalten. Falls der Zustand des Schützschalters 64 geschlossen ist, dann ist die Hauptbatteriespannung zwischen den Bussen 61 und 62 über der Diode 78 und den Widerständen 76 und 77 verschaltet. Eine positive Spannung resultiert am Ausgang 80, der mit einem Hilfs-A/D-Eingang 81 verschaltet ist, so dass ein entsprechender Digitalwert zum Hauptmikrocontroller 70 über den seriellen Datenlink 71 übertragen wird. Der Digitalwert, der die geteilte Spannungsausgabe darstellt, wird vom Hauptmikrocontroller 70 mit einem geeigneten Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob der Schützschalter 64 wie erwartet geschlossen ist. Falls das Schließen des Schützschalters 64 fehlgeschlagen ist, dann würde die Last 63 immer noch nicht versorgt werden, und die geteilte Spannungsausgabe 80 würde eine Spannung entsprechend dem negativen Bus 62 aufweisen. Somit wird der Zustand des Schützschalters 64 in der Hochspannungsdomäne unter Verwendung nur von relativ preiswerten Komponenten bestimmt.
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Um den Zustand des negativen Schützschalters 65 zu bestimmen, ist ein positiver Versorgungsspannungsanschluss 90 des IC 66 mit dem Knoten zwischen dem Schützschalter 65 und der Last 63 über einen aus den Widerständen 91 und 92 bestehenden Spannungsteiler in Reihe mit einer Rückstromsperrdiode 93 verschaltet. Der Knoten zwischen den Spannungsteilerwiderständen 91 und 92 ist mit einem zweiten Hilfs-/Thermistor-A/D-Eingangs-Pin 84 des IC 66 verschaltet. Wenn der Schützschalter 65 geöffnet ist, dann fließt kein Strom durch den zweiten Spannungsteiler 91/92, und die Spannung am Eingang 84 ist im Wesentlichen gleich der positiven Spannung aus dem Versorgungsanschluss 90. Wenn der Schützschalter 65 geschlossen ist, dann produziert ein durch die Widerstände 91 und 92 fließender Strom eine zweite geteilte Spannung am Eingang 84, die niedriger als die positive Versorgungsspannung ist. Der zweite Digitalwert, der die zweite geteilte Spannung darstellt, wird vom IC 66 über den seriellen Datenlink 71 zum Hauptmikrocontroller 70 übertragen, um vom Hauptmikrocontroller 70 mit einem zweiten Schwellenwert verglichen zu werden, um dadurch zu bestimmen, ob der Schützschalter 65 geschlossen ist.
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Indem die Thermistor-A/D-Eingänge des Batterieüberwachungs-IC genutzt werden, um stattdessen eine Auswertung des Schützschalterzustands durchzuführen, sind die Eingänge nicht mehr für das Durchführen von Temperaturüberwachung für wenigstens einige der Batteriezellen verfügbar. Allerdings müssen Thermistoren, die für den Zweck der Temperaturüberwachung verwendet werden, nicht in der Hochspannungsdomäne verbunden sein. Somit kann die vorliegende Erfindung die Temperatur von Zellen, die mit dem Batterieüberwachungs-IC 66 verbunden sind, weiter überwachen, indem die entsprechenden Thermistoren 93 - 95 mit verfügbaren A/D-Eingängen des Hauptmikrocontrollers 70 verbunden werden. Die Widerstände 96 sind die Pull-up-Widerstände für die Thermistoren 93 - 95. Weil nur die Hilfs-A/D-Eingänge des Batterieüberwachungs-IC 66 umfunktioniert worden sind, sind entsprechende Thermistoren für die von den ICs 67 und 68 überwachten Zellen möglicherweise weiter mit den ICs 67 und 68 verbunden, wobei die entsprechenden Daten dem Hauptmikrocontroller 70 über entsprechende serielle Datenlinks bereitgestellt werden.
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Ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung wird durch das Flussdiagramm in 4 gezeigt. Ansteuersignale für die Schützschalter werden im Schritt 100 gesetzt. Zu geeigneten Zeitpunkten während seines Betriebs weist der Hauptmikrocontroller ein Batterieüberwachungs-IC an, die Auswertung der Schützschalter im Schritt 101 zu initialisieren. Im Schritt 102 wird ein universeller Eingangs-/Ausgangs-Pin auf eine High-Spannung geschaltet, um den Hochspannungsschalter einzuschalten, wodurch der entsprechende Spannungsteiler zwischen der Lastseite des positiven Schützschalters und dem negativen Bus verschaltet wird. Eine geteilte Ausgangsspannung vom Spannungsteiler wird im Schritt 103 abgetastet und unter Verwendung des seriellen Datenlinks an den Hauptmikrocontroller gesendet. Im Schritt 104 wird die Ausgabe eines zweiten, mit der Lastseite des negativen Schützschalters verbundenen Spannungsteilers vom Batterieüberwachungs-IC abgetastet und an den Hauptmikrocontroller gesendet. Dann prüft im Schritt 105 der Hauptmikrocontroller die Spannungsmessungen, um den Zustand der Schützschalter zu bestimmen. Somit können die Zustände der Schützschalter bestimmt werden, ohne dass photoMOS-Bauelemente oder andere zweckgebundene Komponenten zu hohen Kosten in der Hochspannungsdomäne benötigt werden. Stattdessen kann das bereits vorhandene Batterieüberwachungs-IC über einen seriellen Datenlink zum Hauptmikrocontroller gesteuert werden, der bereits einen Mechanismus zum Übergang zwischen den beiden Spannungsdomänen aufweist.
