CN101606270A

CN101606270A - 电池组模块及模块包

Info

Publication number: CN101606270A
Application number: CNA2008800040957A
Authority: CN
Inventors: J·科兰; C·塞林; J-J·热斯坦
Original assignee: Batscap SA
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: ES2367225T3; FR2912263B1; JP2010518566A; KR20090122224A; FR2912263A1; KR101501786B1; US20100007311A1; CA2677240A1; JP5302217B2; CA2677240C; EP2115809A1; WO2008101788A1; EP2115809B1; US8129950B2; ATE512479T1; CN101606270B

Abstract

本发明涉及一种电池组模块，包括：电池(10)、两个外部端子(23，24)、用于消息通信的基础结构(102，29)、控制部件(100)，所述控制部件包括连接到基础结构(102，29)的用于发送和接收消息的消息处理部件。根据本发明，至少两个消息选自：与所述电池的表征有关的第一消息，与所属电池的构造有关的第二消息，或与电池组包的使用有关的第三消息，该电池组包包括多个通过它们的使用端子连接起来的模块，当所述包与用户机器相关联来为用户机器提供电能时，所述至少两个消息提供在处理部件中，该处理部件可配置在任意一个消息中。

Description

电池组模块及模块包

技术领域

本发明涉及一种电池组模块，其具有可再充电和可放电的电能存储电池组。

背景技术

本发明的一个应用领域是电源电池组，例如用作电源来驱动电动车辆中的牵引发动机。

显然，该电池组模块还有其他应用，例如用于固定装置的供电。

电源电池组的这些应用采用了例如锂金属聚合物电池技术。

在模块中，电池被连接在两个外部连接端子之间。电池组可包括多个模块，这些模块的连接端子串联连接。

从文献EP-B-998 778可知一种电池组，其包括一个主计算器，在充电和放电工作期间，主计算器通过通信基础结构来控制模块。每个模块能够在网络模式或单机模式下工作。模块响应于与主计算器的通信连接的失去，而从网络模式转变为单机模式。

每个电池组模块中存在的问题之一是其在使用寿命期间对遇到的不同环境的适应能力。

具体而言，如果每个模块包括通信基础结构，则其必须能够在不同环境中使用该结构以避免为每个环境都要提供一个通信基础结构。

更一般地，一个缺点是不同的使用者在产品的使用寿命期间使用的电池组基于不同的材料和软件体系结构，并且导致连续的背景转变(context changes)，这给系统的可靠性带来麻烦和不利。

不论体系结构是单模块(研究和开发，所有低电压应用)、联网的多模块(生产或维护工作，工业自动控制界)、或者是串联模块(高功率高电压应用，汽车应用)，为该模块在不同环境中选取的实施例可导致源自不同技术并且不相容的不同的系统。

此外，除指出的特殊性之外，还存在一些对于系统而言的共同要素，例如最小工作和安全约束、从最终产品获得的最小特性、包括固定数量的电池的电池组模块的单个形式等。

通过对嵌入式设备提供不同的模块来专门化电池组模块，很快就走不通了。这种专门化有效地假定处罚电池组模块或电池组的固定、管理不同设备的供电、提供电池组组的技术状态的管理、和使用对每个应用领域特殊的生产工具，这些都具有过高的成本。

发明内容

本发明的提出是为了获得一种电池组模块，其克服以上缺点，并易于在不同环境中使用同一个通信基础结构。

为达此目的，本发明的第一个主题是一种电池组模块，该电池组模块包括：

-多个可再充电和可放电的电能存储电池，

-用于电池使用的两个外部端子，

-消息通信基础结构，其包括至少一个与模块外部的通信通道，

-模块控制部件，其包括连接到通信基础结构的消息处理部件，用以通过通信基础结构发送和接收消息，其特征在于，至少两个消息系统选自：

-用于电池表征的第一消息系统，

-用于电池构造的第二消息系统，以及

-用于电池组包的使用的第三消息系统，该电池组包包括多个通过使用者端子连接的模块，当包与用户机器相关联以向用户机器提供电能时，

所述至少两个消息系统提供在消息处理部件中，该消息处理部件可配置为上述任意一个消息系统，以用于通信基础结构的应用。

因此，利用第三消息系统，该通信基础结构可供需被所述电池供电的机器或用户设备使用。

利用第一消息系统，通信基础结构能够与模块上提供的所有的电池测量功能通信，例如为了在电池组模块或电池组安装到用户设备之前来诊断模块状态的目的。

在使用模块之前，首先采用构造装置对模块的电池进行构造操作。通过第二消息系统的装置，该构造装置的工业逻辑控制器使得能够使用通信基础结构来从模块收集该构造所需的数据。

根据本发明的另一特征：

-模块控制部件包括：

用于接收消息系统配置信息的装置，

用于存储消息系统配置信息的永久性存储器，

自动配置装置，用于按照与永久性存储器中的消息系统配置信息相对应的消息系统来配置其消息处理部件。

-自动配置装置包括用于轮询永久性存储器中的消息系统配置信息的值的装置，和用于自动选择与该消息系统配置信息指示的值相对应的消息系统的装置。

-该通信基础结构是总线类型，以允许将外部通道连接到通信总线。

-第一消息系统包括使模块能够在第一物质环境中使用的装置，其包括以下通过消息通信通道连接到通信总线的元件：将消息系统下载到模块的装置，该装置包括按照第一消息系统将模块的消息处理部件的配置消息发送到模块的装置；通过发送充电电流的发送链接连接到模块的充电器，以达到给电池充电的目的；人机界面，用以使使用者能够将操作命令消息发送给充电器和/或模块，以及从充电器和/或模块接收其状态。

-其包括测量电池的电压和电流以及模块温度的装置，控制部件能够通过通信基础结构发送测量值，每个消息系统中提供至少一个测量值发送消息。

-消息处理部件包括从下载装置接收消息的装置，该装置为第二消息系统中的测量装置传输至少一个校准参数，以及用于将所述校准参数存储在存储器中的装置。

-第一消息系统是异步的。

-通信基础结构是总线类型，以允许外部通道连接到通信总线，第二消息系统包括使模块能够在用于构造电池的第二物质环境中使用的装置，该装置包括以下通过消息通信通道连接到通信总线的元件：多个使用者终端未连接在一起的模块；至少一个通过至少一个用于发送充电电流的发送链接连接到模块的充电器，以达到为其电池充电以及能够处于充电状态或充电停止状态的目的；用于构造模块的电池的构造装置，其包括连接到模块的使用者端子的放电库，且能够处于模块电池的放电状态或模块电池的放电停止状态，该构造装置包括将充电开始命令消息发送到充电器和将放电停止命令消息发送到放电库、以及将充电停止命令消息发送到充电器和将放电开始命令消息发送到放电库的装置。

-消息处理部件包括在第二消息系统中产生以下消息中至少一个消息的装置：

从模块到相关联的充电器的消息，该消息包括对模块电池充电的充电设置点，

从模块到构造装置的消息，该消息包括模块的状态和警报，

消息处理部件包括接收由充电器发送给模块的状态消息的装置，所述状态消息包括充电器的状态和充电器的任何可能的警报，以在所述充电器状态消息缺失时或充电器的所述状态消息指示警报或电压或温度超出标定容限时，使模块转变为安全后退状态。

-第二消息系统是CANopen形式。

-通信基础结构是总线类型，用以允许外部通道连接到通信总线，第三消息系统包括允许模块在用于电池使用的第三物质环境中使用的装置，该装置包括以下通过其消息通信通道连接到通信总线的元件：使用者端子连接在一起的多个模块；通过至少一个传输链接连接到模块的至少一个充电器，其中传输连接传输充电电流以对电池充电；用户机器的监管器。

-消息处理部件包括为电池产生充电设置点的装置，该装置在第三消息系统中用于充电器。

-在第三消息系统中，模块可配置为主控模块或从动模块，配置为主控模块的模块的消息处理部件包括向其他从动模块发送命令消息的装置，配置为从动模块的模块的消息处理部件包括执行来自主控模块的命令消息的装置。

-模块为主控模块时，消息处理部件包括产生在第三消息系统中的以下消息中至少一个消息的装置：

从模块发送到监管器的第一消息，该第一消息发送电池组包的状态、电池组包的总电压、电池组包的级数、最大允许放电电流和最大允许电池再生电流中的至少一个数据条目，

从模块向监管器发送至少一个警报的第二消息，

从模块向监管器发送的第三消息，该第三消息发送包提供或吸收的电流值和/或包的最大温度值。

-模块为主控模块时，消息处理部件在第三消息系统中包括接收第四消息的装置，该第四消息从监管器向模块发送以下至少一个：

警报确认，

消耗请求，导致包模块转换为激活模式，且当包的模块已经转换为激活模式时，由模块向监管器发送转换到激活模式消息，用于认证用户机器的机能，

将电池组包的模块置于待机模式的请求，

关闭电池组包的模块的请求。

-模块是主控模块时，消息处理部件包括发送用于第三消息系统中的模块的消息的同步帧的装置。

-通信基础结构是CAN总线类型。

-第一、第二和第三消息系统的消息具有在总线上发送的优先权次序：

发送消息系统配置信息的消息具有很高的优先权，

主控模块发送同步帧具有很高的优先权，

模块发送警报、数据、充电器的设置点具有高优先权，

充电器发送故障消息或状态消息具有高优先权，

主控模块向从动模块发送命令具有高优先权，

主控模块向监管器发送第一、第二和第三消息具有低优先权，

监管器向主控模块发送上述第四消息具有低优先权。

本发明还涉及根据上文描述的多个电池组模块组成的包，其特征在于，模块的通信基础结构连接到通信总线用以发送消息。

根据本发明的其他特征：

-模块的使用者端子电连接到一起以使用电池组包，对于第三消息系统的消息，只有一个模块被配置为主控模块，而其他模块被配置为该主控模块的从动模块，从而从动模块通过主控模块发送或接收第三消息系统的消息。

-每个模块包括产生与模块电池机能相关的数据的装置，主控模块包括在总线上发送同步帧的装置，从而模块在彼此不同的指定时间在总线上发送载有数据的消息。

附图说明

通过阅读以下参照附图作为非限制性示例给出的说明，能更好的理解本发明，其中：

-图1、2和3分别描述了根据本发明的电池组模块的第一、第二和第三环境，

-图4示意性地描述了根据本发明的电池组模块，

-图5示意性地描述了用于图1、2和3的环境之一中的消息系统的配置界面的图示，

-图6示意性描述了用于图1、2和3的环境之一中的消息系统的另一个配置界面的图示，

-图7示意性描述了第一消息系统的不同元件之间的消息交换，

-图8的横坐标X轴是不同模块的时间同步帧的占位，纵坐标Y轴表示时间，

-图9示意性描述了第二环境中使用的电路，以及

-图10示意性描述了与根据本发明的电池组模块合作的充电器的一个实施例。

具体实施方式

首先，在下文中给出电池组模块的一般描述。

电池组模块

图4显示了根据本发明的位于两个第一外部使用者端子23、24之间的电池组模块ME，其包括串联的m个相同的可再充电且可放电的电池10，以及控制其自己的电池10的控制部件20。该控制部件20例如可以是印刷电路板形式。

在一个实施例中，电池包括例如锂金属聚合物的薄膜组件。这些薄膜的总厚度例如小于300微米，例如为大约150微米。电池的额定工作温度高于20℃，例如对于锂金属聚合物技术为90℃。

电池组或电池组包可包括通过其使用者端子23、24连接的一个或多个模块ME，模块ME中的一些或全部可以通过它们的端子23、24彼此串联或并联。

如果提供多个模块ME，这些模块ME的充电电路可具有例如用于所有模块的单个充电器，或者每个模块一个充电器。因此，在下文中，如果提供了多个单独的充电器CHG，每个与不同的模块ME相关联，这些单独的充电器CHG可被用于所有模块的单个充电器CHG代替。

在图4所示的一个实施例中，模块ME包括一个或多个电加热元件或盘33，以将其关联的电池10加热到它们的额定工作温度，例如在两个不同的第一和第二区域中具有第一和第二加热元件33：第一壁区域和第二中心区域。每个加热元件33与加热开关34串联，加热开关34的打开和闭合由下文描述的部件100在加热调节阶段控制，以使得通过加热元件33对电池加热或不加热。此外，保险丝35也与加热元件33串联。同时，模块ME在其部件20中具有：部件25，用于测量每个其关联的电池10的端子处的电压；至少一个部件26，用于测量模块的温度；和部件28，用于测量电池10的电流。例如，部件26、27用于测量模块在不同加热区域中的温度，例如部件26测量模块的外壁区域的温度，而部件27测量模块的中心区域的温度。部件25、26、27、28对电压、温度和电流的测量值被发送给的部件20的计算器和控制部件100，部件20包括例如微控制器。部件100具有RAM存储器31和永久性备份存储器32，例如EEPROM类型。

此外，该模块包括使控制部件100能够与外部通信的通信基础结构。该通信基础结构是预先确定的类型，对于同一个电池组的模块是一样的。每个模块的通信基础结构包括对外部的通道29，该通道被连接到预先确定的类型的外部通信总线B，以在该总线B上与其他实体交换信息，其他实体可以是其他装置的电池组模块。在图4中，模块的该通信基础结构包括信号转换元件102、103，其连接到用于从部件100发送/接收信号到预先确定类型的外部通信通道29的通道101，从而将在外部通道29上接收到的信号转换为需在通道101上接收的与部件100一致的信号，并将通过部件100从通道101发送的信号转换为在通道29上用于向外部发送的预先确定类型的信号。通信基础结构的预先确定的类型被设计为例如将外部通道29连接到CAN总线，即复用网络，在这种情况下元件102是CAN接口。

此外，模块ME还可以包括通过未画出的另一个通道来连接到控制部件100的串行链接。该串行连接可以是例如RS232类型。

在部件100中，例如在其永久性存储器32中，存储了不同的第一、第二和第三消息系统，分别用于模块ME的第一、第二和第三环境，具有如下文所述的到总线B的不同的连接体系结构。

以下首先描述这三个环境中的每一个，接下来描述三个相关联的消息系统的每一个。

用于电池表征的第一环境

图1描述了处于用于表征其电池C的在第一环境中的电池组模块ME。在该第一环境的体系结构中，以下元件的每一个通过其通道连接到通信总线B：

电池组模块ME，其部件20必须实现以下功能，这些功能存在于其他操作体系结构中但是具有网络定向：

·链接到微控制器和电路板电源的局部功能，

·获取和测量电池组的物理量：每个电池的电压、模块的总电压、模块中流通的电流、模块在两个限定的加热区域中的内部温度：包括模块的外围区域或壁的值T1，以及中心区域的值T2，

·电池组的热管理：通过对加热元件的控制来实现热调节，

·电池组模块充电管理和充电器的驱动，

·操作安全和系统警报，

·通过总线B的通信。

充电器CHG，其包括用于电连接到模块ME的电池的端子23、24的输出端子，用于通过充电电缆对电池进行充电，如粗双箭头所示。为了对电池充电，充电器CHG必须首先确保在最初的温度上升阶段通过加热元件33进行加热直到达到其额定工作温度，然后在该额定工作温度下，在加热调节阶段对电池充电，其中加热开关34处于断开/闭合控制之下。尽管为了工作的安全方面考虑该充电器应是独立的，该充电器作为模块ME的外设工作，并将从模块ME接收到的设置点转换为电压，在其输出端子输出。

人机界面IHM，其能够使使用者发送命令，例如开始和结束命令、在屏幕上显示电池组模块状态的命令，

标记为PCMAP的装置，能够将要存储在模块ME的部件100上用于其操作的程序下载到总线B上。

因此该PCMAP装置能够将第一、第二和第三消息系统下载到模块ME的部件100上。

第一消息系统M1设置在模块ME上，用以与第一环境的元件交换通信总线B上的消息，并且被称为电池表征消息系统。在该第一环境中，第一消息系统的消息被异步地发送。

用于电池构造的第二环境

在图2中，给出了处于第二环境的电池组模块ME，第二环境用于电池10的构造过程，称为电池构造。该构造包括每个电池10的电化学条件，这将给出确保功率存储的最小特征值。电池的构造以固定数量的m个电池(例如12个电池)的形式定义。该第二构造环境利用了第一环境中的模块ME的功能。在该第二构造环境的体系结构中，以下元件的每一个通过其通道连接到通信总线B：

多个模块ME，即n个模块ME1到MEn，其电端子23、24电性独立，

n个充电器CHG1到CHGn分别与模块ME1到MEn相关联，且每个都遵循上文所述的充电器CHG，每个充电器具有与相关联的模块的充电链接，用双箭头表示，

构造装置FOR，其连接到模块ME的电池10的端子23、24，用于构造电池。该构造装置FOR包括可编程工业逻辑控制器(工业自动化机器)，例如，具有驱动构造处理的软件。该构造控制器连接到总线B和配置控制部件COMFOR。

构造对应于电池的特定循环，并由构造装置FOR控制。

通常，循环指的是一连串的电池充电和放电循环。在一个实施例中，通过干线连接对充电器CHG供电，且充电器具有中断装置INTCH来切断该供电，该中断装置INTCH的位置可通过控制通道ACCINTCH控制。对于充电，充电器CHG被供电。对于放电，充电器CHG的电源供电被切断。

在图10所示的实施例中，用于对电池组模块充电的充电器CHG包括：

-输出端子SCH，其电性连接到模块的电池，

-装置MCH，其按照定量的充电设置点CONSCH用来自指定的电源ALEXT的电能来对电池充电，充电装置MCH连接到输出端子SCH，并可能具有输入端ECONSH以接收定量的充电设置点CONSCH，

-电连接器CXALEXT，其连接到指定的外部电源ALEXT，

-中断装置INTCH，其位于所述电连接和充电装置之间，可控制其导通和切断位置，

-通信基础结构INFCH，其包括至少一个与充电器外部的通信通道ACCINFCH，能够接收至少一个包括电源切换命令COMINTCH的消息MCH1和至少一个包括定量充电设置点CONSCH的消息MCH2，

-自动控制装置COMCH，其连接到通信基础结构INFCH，用以根据电源切换命令来控制中断装置INTCH的位置，或者发出导通命令导致充电，或者发出中断命令来切断充电，并通过例如将定量充电设置点CONSCH发送到连接有控制装置COMCH的输入端ECONSCH，将定量充电设置点CONSCH加载到充电装置上。

在上述实施例中，充电器的通信基础结构INFCH被设计为连接到总线B。

当构造时，模块ME的电池10连接到放电库BD，如图9所示，该放电库在第一和第三环境中不存在。该放电库BD位于用于电连接到模块ME的使用者端子23、24的两个电端子BRD1和BRD2之间，包括与中断装置INTBD串联的放电电阻RBD，放电电阻RBD的位置可通过通道ABDINT控制。该放电库BD也包括连接到通信总线B的通道ABDB。

构造装置FOR通过总线B将电源切换命令发送给充电器CHG，使其转换为充电或充电切断。构造装置FOR通过总线B将消息发送给模块ME，来指示模块ME处于充电或是放电。构造装置FOR通过总线B将用于中断装置INTBD的切换命令发送给通道ABDINT，以使中断装置INTBD闭合以在电阻RBD上对模块ME的电池放电，其中充电器CHG从模块ME的电池切断，或者中断装置INTBD断开以通过充电器CHG对模块ME的电池充电，其中电阻RBD从模块ME的电池切断。针对元件INTCH/ALEXT和BD的命令可通过总线B或通过专门的电连接首先在构造逻辑控制器FOR和中断装置INTCH之间发送，其次可在构造逻辑控制器FOR和放电库BD之间发送。

在构造体系结构时，构造装置FOR是网络的主控实体，其他元件ME，CHG是从动外设。电池的构造使得模块在网路中独立地工作。该构造体系结构在总线B上使用例如CANopen协议(由用户和制造商团体CAN in Automation-Cia开发)，该协议是具有CAL应用层的CAN标准的专门化(被CAN in Automation-Cia团体发布为CANopen)，能够应用在兼容的工业设备中。在CANopen实施例中，速度为例如125Kbaud。

第二消息系统M2设置在模块ME上以在该第二环境的元件之间交换通信总线B上的消息，并被称为电池构造消息系统。第二消息系统对应于第一消息系统的封包，具有在后面指出的附加的消息。

用于电池使用的第三环境

在图3中，示出了处于第三环境中的电池组模块ME，其中模块ME实质上从其端子23、24将电能提供给用户机器VE，例如汽车的发动机驱动，其中有模块ME。在该第三使用环境的体系结构中，以下元件的每一个通过其通道连接到通信总线B：

多个模块ME，即n个模块ME1到MEn，通过其电端子23、24连接起来以组成电池组或电池组包，电池组或电池组包的两个端子23、24通过未画出的端子连接到机器VE，以使模块的电池为机器提供电流。模块ME例如通过其端子23、24串联，从而应用于对汽车中的发动机驱动供电。

n个充电器CHG1到CHGn，分别与模块ME1到MEn相关联且每个遵从上文所述的充电器CHG，每个充电器具有到其相关联的模块的充电链接，以双箭头表示。

用户机器VE的监管器SVE，该监管器SVE具有位于机器VE上的计算机，

标识为PCMAP的装置，允许将存储在模块ME的部件100上的用于其功能的程序下载到总线B上。在该第三环境的扩展版本中，除在第一环境中的版本外，该装置PCMAP还允许以下操作：

·通过总线B从模块ME下载位于模块ME上的软件，

·配置电池组包：通过CAN总线或例如RS232类型的串行链接，定义模块ME1到MEn的网络(模块ME的地址，号码，CAN通信速度，消息系统)，该网络额外提供于每个模块上并连接到其部件100，如下文所述，

·将命令发送给电池组，

·监管系统，读取、显示和记录电池组获得的测量值，

·自动控制模块ME和充电器CHG之间的电缆。

该第三体系结构围绕框图结构、主控-从动和主控-监管器(master-supervisor)组织。一个模块ME，在图3中标识为模块ME1，是控制器，而除了监管器SVE之外的其他元件为其从动。为了与模块ME1到MEn通信，监管器SVE与主控模块ME1通信，然后主控模块ME1与从动模块ME2到MEn通信。

在一个实施例中，总线B由主通信网络和次通信网络构成。模块通过电池组内部的，例如CAN类型即复用网络的次通信网路连接在一起。主控模块ME1用于控制次通信网络。为达此目的，每个主控和从动模块包括与次通信网络的通信接口。

此外，在模块ME中，唯独主控模块ME1包括另外的与主通信网络与外部的，例如CAN类型的接口。监管器SVE和充电器也包括连接到主网络的接口。

主和次两个通信网络的分隔可从逻辑或物理观点考虑；换言之，这两个网络可以也可以不互联。每个从模块在将测量值通过次网络发送给主控模块之前要控制其测量值的完整性。

在第一和第三环境中，总线B通过消息作为数据分配总线，在第一和第三消息系统中，不包括任何收信人地址。

对于向汽车中的发动机驱动供电的应用，根据所选的消息系统的定义，电池组包包括最大数量m为2到15个模块。在一个示例性实施例中，所述包包括9或10个模块，总的最大电压为360或400V，使用开始时的最大功率为72或80KW。体系结构的模块VE串联地电连接以积累部件电压。

在模块ME上设置第三消息系统以在第三环境中的元件之间交换通信总线B上的消息，且第三消息系统被称为电池使用消息系统。

每个模块接收确定其电分配的地址。因此主控模块ME1的负极23连接到包的零伏特，最高等级的模块MEn的正极24连接到电池组包的正电压。

其中，主控模块确保驱动内部加热、充电和放电处理，管理针对包的等级的不同工作模式，以及处理外部命令、警报和包功能的安全方面。主控模块ME1也要确保在总线B上模块ME1-MEn发送的数据的全局同步性，以实现网络负载的最佳分配和交换可靠性。

对于具有单个充电器的充电电路，主控模块ME1通过经由总线B向充电器CHG发送设置点来驱动充电器CHG。对于具有与模块ME相关联的单独的充电器CHG的充电电路，每个模块ME1到MEn通过经由总线B向其相关联的充电器CHG1到CHGn发送其自己的设置点来驱动充电器CHG1到CHGn。

充电器CHG将在总线B上读取的设置点转换为在其充电端子上的输出电压值。

在外部，主控模块ME1与监管器SVE通信。主控模块ME1和监管器SVE之间的信息交换包括：

-从主控模块ME1到监管器SVE：描述电池组的状态和综合值的消息，包括系统警报和相关联的减负荷(load shedding)的消息，

-从监管器SVE到主控模块ME1：与机器VE的状态有关的通用控制和信息消息。然后主控模块ME1处理该消息。

消息系统的配置

在每个模块ME中，控制部件100可以被配置为工作在第一电池表征消息系统、第二电池构造消息系统和第三电池使用消息系统中的任何一个。默认地，模块ME被配置为必然处于其中一个消息系统中，例如第一个。

例如，针对消息系统配置模块ME，消息系统配置的信息从外部元件发送给模块ME，因此外部元件具有发送所述消息系统配置的信息的装置。

在第一环境中，PCMAP装置向模块ME发送用于第一消息系统的配置的信息。当模块ME处于第二环境时，配置控制部件COMFOR向模块ME发送用于第二消息系统的配置的信息。当模块ME处于第三环境时，PCMAP装置向模块ME发送用于第三消息系统的配置的信息。在其他情况下，这些装置PCMAP和该配置控制部件COMFOR被称为不同环境中的配置元件。

在图中图示的实施例中，通过通信总线B将用于配置消息系统的配置的信息传递到模块ME的部件100。

在未图示的实施例中，不是通过总线B，而是通过通信装置，例如上文提到的串行链接，将消息系统配置信息传递给模块ME的部件100。发送消息系统配置信息的装置则被连接到模块ME的该其他通信装置上。

每个模块ME的部件100包括接收用于消息系统配置的信息的装置。当模块ME的部件100接收到用于消息系配置的信息时，部件100将该信息存储在永久性存储器32中。

每个模块ME的部件100包括用于轮询永久性存储器32中的消息系统配置信息的值的装置，和自动选择与该消息系统配置信息所指示的值相对应的消息系统的装置。例如在只要部件100在总线B上接收到消息，就执行该轮询和该选择。

因此，每个模块ME的控制部件100包括根据与存储器中的消息系统配置的信息相对应的消息系统来自动配置其消息处理部件的装置。因此，消息处理部件将处理接收到的或发送到总线B的消息，作为属于由消息系统配置的信息选择的消息系统的消息。

一旦在包或模块上可通过总线B进行通信，通过将元件配置为每个模块的配置功能，使用者就有了通道，以下在附图5所示的示例中描述。

在配置元件PCMAP或COMFOR中，配置界面要求使用者知道待配置的ME模块的板的序列号，该序列号是在所有连接到网络的计算机之间的识别元素，因为其在板的制造过程中被写入永久性存储器。

使用者首先选择定义网络体系结构的元素：包中的模块ME的个数n、与用于消息系统配置的信息相对应的所选择的消息系统MES的标识符、总线CAN的速度VCAN、模块ME和其充电实体之间的充电电路的体系结构CH，可能是针对所有模块的单个充电器或每个模块一个充电器。接下来，在栏NCAR中输入对应于模块ME的包地址ADR的序列号，地址保存在包中(例如，对于第一表征体系结构的地址1)。接下来，通过按下确认键VAL来确认发送新配置信息。然后配置结果栏RES指示操作是否成功。

配置元件还包括配置确认功能，用以通过按下配置读取键LEC来确认包或模块处于预期的配置。然后配置结果栏RES响应地指示是否所有模块处于定义消息系统MES的菜单字段所显示的配置中。

图6给出了图5中的配置界面的变型，其采用非总线B的通信装置，例如上文提到的串行链接。功能VSER允许配置串行链接的参数，例如波特速率。写入功能ECR用来在选择模块ME的地址ADR、消息系统MES的标识符、速度VACN、模块ME的个数n、充电电路CH的体系结构之后写入所选的配置。该功能不管初始配置都有效。配置读取功能LEC允许读取ADR、MES、VCAN、n、CH的相对应的值。附录功能VER允许读取模块ME中软件的版本。

用于电池表征的第一消息系统

第一消息系统提供了图7中箭头表示的消息的交换，即：

-在装置PCMAP和充电器CHG之间，

-在装置PCMAP和模块ME之间，

-在装置PCMAP和界面IHM之间，

-在模块ME和充电器CHG之间，

-在模块ME和界面IHM之间。

总线B上这些消息所传送的信息包括以下中的一个或其他，例如：

功率模块发送：-物理量-转换的总值-状态-警报-设置点-日期

功率模块接收：-命令-电池组参数-通信速度-校准后的实际参数-充电器状态

充电器发送：-状态-警报

充电器接收：-设置点-测试命令

人机界面IHM发送：-命令-测试命令

人机界面IHM接收：-物理量-警报-测试命令

PCMAP装置发送：-命令-测试命令-电池组参数-通信速度-校准后的实际参数

PCMAP装置接收：-物理量-转换的总值-模块状态-充电器状态-模块警报-充电器警报

-日期

物理量包括通过测量部件在模块上获得的即时测量值，通过模块发送到装置PCMAP的测量值包括：每个电池的电压、模块温度、电池电流(充电时为正，放电时为负)、模块电池的电压、以及其他由模块发送到装置PCMAP和人机界面IHM的信息：模块剩余容量百分数，功率。

在模块上计算和存储转换的总值。为了收集转换的总值，装置PCMAP向模块发送请求消息，模块回复该值或该值的获取日期。这些值可以包括例如以下的一个或多个：电池的内部电阻R_v、对应于电池的电阻R_v的测量值的电压V。

由模块发送到PCMAP装置或人机界面IHM的状态信息可以包括例如模块处于关闭、待机、激活模式、充电、放电或其他的情况。由充电器CHG发送到PCMAP装置或人机界面IHM的状态信息可包括例如充电器准备好工作、充电器的电压超出预定容限、充电器电压受限、充电器温度超出预定容限等情况。

由PCMAP装置或人机界面IHM发送的命令可包括例如：关闭模块的命令、激活模块的命令。由PCMAP装置发送的命令可包括例如：禁止模块警报的命令、模块校准命令。

设置点是充电器的电压设置点，由模块ME或PCMAP装置发送到充电器CHG。

测试命令包括测试开始命令，由PCMAP装置发送到人机界面IHM，人机界面IHM向PCMAP装置发送对该测试命令的回复。

请求消息请求电池组参数，该请求消息由PCMAP装置发送给模块ME，模块ME回送包括请求消息中所指示的参数值的回复消息。这些电池组参数包括例如模块ME的序列号、根据标定的电池组容量、温度测量周期、电压轮询周期。

警报包括由模块ME发送给PCMAP装置和人机界面IHM的消息，例如：热失控警报、加热异常警报、电压或温度错误测量警报、深度放电警报。该警报也包括由充电器发送给所有其他元件的错误消息。模块ME或充电器CHG记录的警报日志可通过PCMAP装置收集。为此，PCMAP装置向模块ME或充电器CHG发送请求消息来读取从这些记录中确定的警报。然后模块或充电器向PCMAP装置回送包括请求消息中指定的警报的值的回复消息，回复消息中每个值通过已与警报值一起记录的警报日期相关联。

校准后的实际参数是模拟测量电路的转换系数，用于部件25的电压(电池、模块)测量值、部件28的电流测量值和部件26、27的温度测量值。测量电路通过仿射学法(affine-type law)综合，并采用两个系数：乘法器增益和附加常数。最初，提供需要通过功能化测试期间执行的校准阶段来仿射的默认系数。校准之后，不再利用默认系数来进行测量的物理量的综合，而是利用实际参数。这些参数存储在非易失性的存储器中，例如在板32上，并被存取保护。对于参数类型请求，PCMAP装置也能够读取相同的参数。这些参数保持存储并可用于其他消息系统。

用于电池构造的第二消息系统

第二消息系统包括包括构造所需的数据的第一消息，并且在主控构造装置FOR采取客户端/服务器模式的请求下，第一消息通过总线B由模块ME和充电器CHG发送给主控构造装置FOR。主控构造装置FOR的请求的发生被预定为：周期性的或事件相关的。

在CANopen实施例中，这些第一构造消息是SDO格式(ServiceDate Object，服务数据对象)。模块ME和充电器CHG作为SDO服务器，构造装置FOR作为SDO客户端。通过SDO的交换提供了到字典的所有对象的通道。该字典被用作通信和应用之间的界面，且包括以下字段：

-索引：字典中对象的号码。其给出了对象的读取通道，

-名称：对象或数据条目的的惯用名称，

-单位：可用的数量单位

-编码：按照CANopen标准的数据条目的计算机编码，

-子索引：用于复杂数据(数据组或集合)，其允许有或没有子索引的可能的分类。例如针对可分成相同类型的子组合的实体：

索引：2000

名称：电池电压

子索引1：电池电压1

子索引2：电池电压12。

SDO消息可包括例如7个字节数据。

第二构造消息系统包括元件ME、CHG之间的第二自动安全消息，不受主控构造装置FOR的任何干涉。

以最高优先级异步地并且循环地实时发送第二安全消息。该第二安全消息包括：

-消息MSG1，其由充电器CHG发送给相关联的接收模块ME，充电器CHG以例如大约1秒的循环周期发送其状态和可能的警报(故障)，

-消息MSG2，其由模块ME发送到相关联的接收充电器CHG，模块ME以比消息MSG1和MSG3更短的例如大约150毫秒的循环周期发送充电器设置点。

-消息MSG3，其由模块ME发送到构造装置FOR，模块ME以例如大约1秒的循环周期发送模块ME的状态和警报。

一旦模块ME工作在构造模式，其校验消息MSG1的合格的接收。如果模块ME检测到问题，该问题通过缺少消息MSG1的收条指示出来，或通过指示充电器CHG的电压或温度超出规定的容限或指示警报的消息MSG1指示出来，则模块ME进入规定的安全后退位置。

一旦充电器CHG处于操作构造模式，其校验消息MSG2的规则的接收。如果充电器CHG检测到问题，该问题通过缺少消息MSG2的收条指示出来，则充电器CHG进入规定的安全后退位置。

在CANopen实施例中，这些第二安全消息是PDO格式(ProcessData Object，处理数据对象)。PDO消息可包括例如8个字节数据。用于电池使用的第三消息系统

第三消息系统提供发送到模块ME及其相关联的充电器CHG的消息组。为此，定义了组MEi/CHGi的n个地址，其中i在1到n之间。这些消息组可以是面向模块和充电器的写消息。

采用同步机制，由主控模块ME1驱动，这防止模块和/或充电器在同一时刻发送相同的数据，从而不会使总线B在任意时刻过载。为此，主控模块ME1向其他模块发送同步帧。这尤其使得PCMAP装置和主控模块ME1不会在很短时间内接收到大量信息，而是相反，接收到在时间上均匀分布的数据。该同步帧在第一环境的第一消息系统中不提供。

当从动模块ME2到MEn已经接收到同步帧时，它们随之将自身同步，从而每个模块在总线B上以不同的延迟发送其模块帧中的每个数据。该同步帧可以是以例如以T为周期。每个从动模块MEi具有不同的地址ADRi，其中i在1到n之间，它们在总线B上以例如R＝k*ADRi的延迟来发送其数据，其中k是时间常数。例如，在图8中，从动模块MEi，i在1到n之间，在总线B上以例如R＝i*T’的延迟发送其数据，其中T’是等于T/n的时间常数。例如，在图8中，T＝150ms、n＝15以及T’＝10ms，其中模块ME1到ME15的数据的发送时间位置由带斜线的暗格子指示。显然，在实施例的其他实例中，T’可小于T/n。

模块所发送的数据可包括例如：

-物理量(例如测量值)，

-警报，

-状态，

-给充电器的设置点。

同样应用于充电器CHG1到CHGn，每个充电器发送：

-与模块相关联的充电器CHG的故障消息，

-与模块相关联的充电器CHG的状态消息。

主控模块ME1收集由其他模块和充电器发送的数据。如果模块帧之一缺失，则产生警报，警报的结果是激活朝监管器SVE方向的所有警报，并将最大允许的放电电流和最大允许的电池再生电流置为零。

可对其他消息的发送异步地进行管理。

如果同步帧缺失，模块ME和充电器CHG转换为安全模式，其中给充电器的电压设置点被设置为最小值。

主控模块ME1和监管器SVE之间的通信，除第一消息系统的消息之外，还可包括例如以下消息：

-模块ME1发送到监管器SVE的第一消息，其给出了状态、电池组包的总电压、电池组级数(模块的最小级数)、最大允许放电电流值和最大允许电池再生电流值(当机器VE对电池再充电时电池再生出现)。

-模块ME1发送到监管器SVE的第二消息，该第二消息发送一个或多个警报，例如热警报(例如超出了预定温度的情况)，临界电压警报(例如电池电压超出了规定容限的情况)，一般警报(例如模块上的热保险丝35故障，或测量模块温度的部件26或27的热电偶故障的情况)，

-模块ME1发送到监管器SVE的第三消息，该第三消息发送包在端子23、24上提供或吸收的电流值，和/或包的最大温度值。

-从监管器SVE发送到模块ME1的第四消息，其包括以下至少一个：

警报确认

消耗请求(为进行对汽车的发送机驱动的应用的请求)。如果电池组包的模块ME中的任意一个是待机或关闭，模块ME1接收到消耗请求消息，使得模块ME1和包的其他模块ME转换为激活模式。当包的模块ME已经转换为激活模式，模块ME1向监管器SVE回送转换为激活模式消息。只有当监管器SVE已经接收到该转换为激活模式消息时，机器VE才被授权操作(即进行对汽车的发动机驱动的应用)。

将电池组包置于待机的请求。当主控模块ME接收到待机请求时，其将该请求重新发送给其他模块ME来使它们置于待机。当所有模块ME处于待机时，电池组包的待机模式被激活。

关闭电池组包的请求。当主控模块ME接收到关闭请求时，其将该请求重新发送到其他模块ME，使它们关闭。通过将电池组包的模块ME中的至少一个转变为关闭模式，使得电池组包进入关闭模式。

在第一、第二和第三消息系统中，消息包括在总线B上的发送优先权。对于第一、第二和第三消息系统，这优先权具有例如下文给出的递减次序：

-配置元件向模块ME发送消息系统配置信息的消息具有很高的优先权，

-主控模块ME1发送同步帧具有很高的优先权，

-模块ME发送警报、物理量(例如测量量)、充电器的设置点具有高优先权，

-充电器发送的故障消息或状态消息具有高优先权，

-主控模块ME1向从动模块发送命令具有高优先权，

-模块ME发送转换的总值、状态、参数、警报日期具有中等优先权，

-PCMAP装置发送其他消息具有中等优先权，

-主控模块ME1向监管器SVE发送上述第一、第二和第三消息具有低优先权，

-监管器SVE向主控模块ME1发送上述第四消息具有低优先权

如果网络B的连接丢失，模块被置于关闭模式，关闭模式是最安全的后退模式。

Claims

1、电池组模块，该电池组模块包括：

-多个可再充电和可放电的电能存储电池(10)，

-用于电池使用的两个外部端子(23，24)，

-消息通信基础结构(102，29)，其包括至少一个与模块外部的通信通道(29)，

-模块控制部件(100)，其包括连接到通信基础结构(102，29)的消息处理部件，用以通过该通信基础结构发送和接收消息，其特征在于，至少两个消息系统选自：

-用于电池表征的第一消息系统，

-用于电池构造的第二消息系统，或

所述至少两个消息系统提供在消息处理部件中，该消息处理部件可配置为上述任意一个消息系统，以用于通信基础结构(102，29)的应用。

2、根据权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述模块控制部件包括：

-用于接收消息系统配置信息的装置，

-用于存储消息系统配置信息的永久性存储器(32)，

-自动配置装置，用于按照与永久性存储器(32)中的消息系统配置信息相对应的消息系统来配置其消息处理部件。

3、根据权利要求2所述的电池组模块，其特征在于，所述自动配置装置包括用于轮询永久性存储器(32)中的消息系统配置信息的值的装置，和用于自动选择与该消息系统配置信息指示的值相对应的消息系统的装置。

4、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，所述通信基础结构是总线类型，以允许将外部通道连接到通信总线。

5、根据权利要求4结合权利要求2或3所述的电池组模块，其特征在于，第一消息系统包括使模块(ME)能够在第一物质环境中使用的装置(M1)，其包括以下通过消息通信通道连接到通信总线(B)的元件：将消息系统下载到模块(ME)的装置(PCMAP)，该装置(PCMAP)包括按照第一消息系统将模块的消息处理部件的配置消息发送到模块的装置；通过发送充电电流的发送链接连接到模块(ME)的充电器(CHG)，以达到给电池充电的目的；人机界面(IHM)，用以使使用者能够将操作命令消息发送给充电器和/或模块，以及从充电器和/或模块接收其状态。

6、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，所述电池组模块包括测量电池的电压和电流以及模块温度的装置(26，27，28)，控制部件(100)能够通过通信基础结构发送测量值，每个消息系统中提供至少一个测量值发送消息。

7、根据权利要求5和6相结合所述的电池组模块，其特征在于，消息处理部件(100)包括从下载装置接收消息的装置，该装置为第二消息系统中的测量装置传输至少一个校准参数，以及用于将所述校准参数存储在存储器中的装置。

8、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，第一消息系统是异步的。

9、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，通信基础结构是总线类型，以允许外部通道连接到通信总线，第二消息系统包括使模块(ME)能够在用于构造电池的第二物质环境中使用的装置(M2)，该装置(M2)包括以下通过消息通信通道连接到通信总线(B)的元件：多个使用者终端未连接在一起的模块；至少一个通过至少一个用于发送充电电流的发送链接连接到模块的充电器(CHG)，以达到为电池充电以及能够处于充电状态或充电停止状态的目的；用于构造模块的电池的构造装置(FOR)，该构造装置(FOR)包括连接到模块的使用者端子(23，24)的放电库(BD)，且能够处于模块电池的放电状态或模块电池的放电停止状态，该构造装置(FOR)包括将充电开始命令消息发送到充电器和将放电停止命令消息发送到放电库、以及将充电停止命令消息发送到充电器和将放电开始命令消息发送到放电库的装置。

10、根据权利要求9所述的电池组模块，其特征在于，消息处理部件(100)包括在第二消息系统中产生以下消息中至少一个消息的装置：

-从模块(ME)到相关联的充电器(CHG)的消息(MSG2)，该消息(MSG2)包括对模块电池充电的充电设置点，

-从模块(ME)到构造装置(FOR)的消息(MSG3)，该消息(MSG3)包括模块(ME)的状态和警报，

所述消息处理部件包括接收由充电器(CHG)发送给模块(ME)的状态消息(MSG1)的装置，所述状态消息包括充电器的状态和充电器的任何可能的警报，以在充电器的所述状态消息缺失时或充电器的所述状态消息指示警报或电压或温度状态超出标定容限时，使模块转变为安全后退状态。

11、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，第二消息系统是CANopen形式。

12、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，通信基础结构是总线类型，用以允许外部通道连接到通信总线，第三消息系统包括允许模块(ME)在用于电池使用的第三物质环境中使用的装置(M3)，该装置(M3)包括以下通过消息通信通道连接到通信总线(B)的元件：使用者端子连接在一起的多个模块；通过至少一个传输链接连接到模块的至少一个充电器(CHG)，其中传输连接传输充电电流以对电池充电；用户机器的监管器(SVE)。

13、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，消息处理部件(100)包括为电池产生充电设置点的装置，该装置在第三消息系统中用于充电器(CHG)。

14、根据上述权利要求中任意项所述的电池组模块，其特征在于，在第三消息系统中，模块(ME)可配置为主控模块或从动模块，配置为主控模块的模块(ME)的消息处理部件(100)包括向其他从动模块发送命令消息的装置，配置为从动模块的模块(ME)的消息处理部件(100)包括执行来自主控模块的命令消息的装置。

15、根据权利要求14所述的电池组模块，其特征在于，模块为主控模块时，消息处理部件(100)包括产生在第三消息系统中的以下消息中至少一个消息的装置：

-从模块(ME1)发送到监管器(SVE)的第一消息，该第一消息发送电池组包的状态、电池组包的总电压、电池组包的级数、最大允许放电电流和最大允许电池再生电流中的至少一个数据条目，

-从模块(ME1)向监管器(SVE)发送至少一个警报的第二消息，

-从模块(ME1)向监管器(SVE)发送的第三消息，该第三消息发送包提供或吸收的电流值和/或包的最大温度值。

16、根据权利要求14或15所述的电池组模块，其特征在于，模块为主控模块时，消息处理部件在第三消息系统中包括接收第四消息的装置，该第四消息用于从监管器(SVE)向模块(ME1)发送以下至少一个：

-警报确认，

-消耗请求，导致包模块转换为激活模式，且当包的模块(ME)已经转换为激活模式时，由模块(ME1)向监管器(SVE)发送转换到激活模式消息，用于认证用户机器的机能，

-将电池组包的模块置于待机模式的请求，

-关闭电池组包的模块的请求。

17、根据权利要求14到16中任意项所述的电池组模块，其特征在于，在模块为主控模块时，消息处理部件(100)包括发送用于第三消息系统中的模块的消息的同步帧的装置。

18、根据上述权利要求中的任意项所述的电池组模块，其特征在于，通信基础结构是CAN总线类型。

19、根据上述权利要求中所述的电池组模块，其特征在于，第一、第二和第三消息系统的消息具有在总线(B)上发送的优先权次序：

-发送消息系统配置信息的消息具有很高的优先权，

-主控模块(ME1)发送同步帧具有很高的优先权，

-模块(ME)发送警报、数据、充电器的设置点具有高优先权，

-充电器发送故障消息或状态消息具有高优先权，

-主控模块(ME1)向从动模块发送命令具有高优先权，

-主控模块(ME1)向监管器(SVE)发送第一、第二和第三消息具有低优先权，

-监管器(SVE)向主控模块(ME1)发送第四消息具有低优先权。

20、根据上述权利要求中的任意项所述的多个电池组模块组成的包，其特征在于，模块(ME)的通信基础结构连接到通信总线(B)用以发送消息。

21、根据权利要求20所述的包，其特征在于，模块(ME)的使用者端子(23，24)电连接到一起以使用所述电池组包，对于第三消息系统的消息，只有一个模块被配置为主控模块(ME1)，而其他模块(ME)被配置为该主控模块的从动模块，从而从动模块通过主控模块(ME1)发送或接收第三消息系统的消息。

22、根据权利要求21所述的包，其特征在于，每个模块(ME)包括产生与模块电池机能有关的数据的装置(26，27，28，100)，主控模块(ME1)包括在总线上发送同步帧的装置，从而模块(ME)在彼此不同的指定时间在总线(B)上发送载有数据的消息。