CN102255349B - 通过多用信号线自动电池控制器识别和电池索引的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过多用信号线自动电池控制器识别和电池索引的方法。具体地，一种用于激活和识别电动车辆电池组中的单个电池监视控制器的方法和系统。若干个电池监视控制器通过信号线串行地彼此连接和连接到主电池组控制器，信号线也用于在这些控制器之间进行报警信号通信。主电池组控制器在信号线上发送唤醒信号。信号线布线路由中的第一电池监视控制器从主电池组控制器接收唤醒信号并接收标识号。然后，仅第一电池监视控制器允许唤醒信号通过至第二电池监视控制器，第二电池监视控制器激活并接收其标识号，等等。按照这种方式，可以在电池组中使用相同的电池监视控制器，而每个电池监视控制器可以通过主电池组控制器来唯一地标识。

Description

通过多用信号线自动电池控制器识别和电池索引的方法
技术领域
本发明总体涉及一种用于识别电池组中的电池监视控制器的方法和系统，更具体地，涉及一种用于在电动或混合动力车辆电池组中识别电池监视控制器的方法和系统，其使用多用信号线按次序激活和识别每个电池监视控制器，因此允许在整个电池组中使用相同的控制器。
背景技术
电动车辆和汽油/电动混合动力车辆在当今汽车市场上越来越受欢迎。电动和混合动力车辆提供了若干期望的特征，诸如减少的排放物，减少的基于石油燃料的使用，以及潜在地低的运行成本。电动和混合动力车辆的关键组件是电池组。这些车辆中的电池组通常包括多个互连的电池，其以相对高的电压操作，并且按照需求传递大量动力。为了最大化车辆驱动范围和最大化电池组寿命，在充电和放电期间必须控制电池组中的电池，使得所有电池维持在相当统一的电荷水平。
为了监视和控制电池组中电池的充电和放电，使用电池监视控制器。由于电动和混合动力车辆中的电池组的物理尺寸，通常需要若干个电池监视控制器，其中，每个控制器负责电池组中的多个电池。在这种配置中，主电池组控制器用于与多个电池监视控制器进行通信。为了使这种布置有效，需要主电池组控制器能够识别每个电池监视控制器，并且对于电池监视控制器反过来能够索引电池组中的每个电池。通过唯一地配置电池组中的每个电池监视控制器传统上满足了对唯一地识别每个电池监视控制器的需求，其中，可以在电池监视控制器中使用硬件或软件实现该唯一配置。但是，使每个电池监视控制器唯一具有双重缺点：阻止了在电池组中对所有电池监视控制器使用公共部件，以及也增加了制造和维护操作的复杂度，其必须仔细地区分相同外观的部件。
需要一种识别电池组中的各个电池监视控制器的改进方法，其不需要唯一地配置每个控制器。这种方法通过减少部件数量、增加公用部件量和简化制造和维护操作，可以使得电动和混合动力车辆的制造商节省成本。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用于识别电动或混合动力车辆电池组中的单个电池监视控制器的方法和系统。若干个电池监视控制器通过低电压信号线彼此连接和连接到主电池组控制器，所述信号线也用于在这些控制器之间进行报警信号通信。当主电池组控制器想要激活和识别电池监视控制器时，主电池组控制器在信号线上发送唤醒信号。信号线布线路由中的第一电池监视控制器从主电池组控制器接收唤醒信号并接收标识号。然后，仅第一电池监视控制器允许唤醒信号通过至第二电池监视控制器，第二电池监视控制器激活并接收其标识号等。按照这种方式，可以在电池组中使用相同的电池监视控制器，而每个电池监视控制器可以通过主电池组控制器唯一地标识。
通过下面结合附图进行的描述以及所附权利要求，本发明的额外特征将变得明显。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于激活和识别电池组中的电池监视控制器的方法，所述方法包括：
提供主电池组控制器和多个相同的电池监视控制器，其中，所述主电池组控制器和所述电池监视控制器按照串行环通过信号线连接，并且所述主电池组控制器和所述电池监视控制器还通过网络通信；
由第一电池监视控制器在所述信号线上从所述主电池组控制器接收唤醒信号；
由所述第一电池监视控制器执行唤醒激活；
由所述第一电池监视控制器使所述唤醒信号沿所述信号线通过至随后的电池监视控制器，随后的电池监视控制器也执行唤醒激活；以及
在所述电池组和所有电池监视控制器处于激活状态的情况下终止激活过程。
2. 如方案1所述的方法，其特征在于，由第一电池监视控制器和随后的电池监视控制器执行唤醒激活包括：
激活处理器；
从主电池组控制器请求和接收唯一标识号；以及
开始监视和控制电池组中的多个电池。
3. 如方案2所述的方法，其特征在于，开始监视和控制电池组中的多个电池包括监视每个电池的情况，以及控制每个电池的充电和放电。
4. 如方案3所述的方法，其特征在于，监视每个电池的情况包括监视温度和电压。
5. 如方案2所述的方法，其特征在于，从主电池组控制器请求和接收唯一标识号通过经由网络进行通信来执行。
6. 如方案1所述的方法，其特征在于，由第一电池监视控制器使唤醒信号沿信号线通过至随后的电池监视控制器包括关闭开关以允许唤醒信号沿信号线继续。
7. 如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：由第一电池监视控制器和随后的电池监视控制器使用信号线向主电池组控制器通信报警情况。
8. 如方案1所述的方法，其特征在于，在信号线上从主电池组控制器接收唤醒信号包括将信号线上的电压设置为预定高值。
9. 如方案1所述的方法，其特征在于，电池组使用在电动或混合动力车辆中。
10. 一种用于激活和识别电池组中的电池监视控制器的系统，所述系统包括：
主电池组控制器，用于控制电池组的总体操作；
多个相同的电池监视控制器，其被配置为监视和控制电池组中的所有电池，其中，通过从主电池组控制器接收唤醒信号能够依次激活并唯一地识别电池监视控制器；
信号线，用于将唤醒信号从主电池组控制器发送到电池监视控制器，并且用于将报警信号从电池监视控制器发送到主电池组控制器，所述信号线按照串行环连接主电池组控制器和电池监视控制器；以及
网络，用于主电池组控制器与电池监视控制器之间的通信。
11. 如方案10所述的系统，其特征在于，电池监视控制器的每一个都包括：开关，用于进行与信号线的连接与断开；以及处理器，用于监视和控制电池组中的多个电池和用于执行唤醒功能组。
12. 如方案11所述的系统，其特征在于，所述唤醒功能组包括从主电池组控制器请求和接收唯一标识号，并且关闭开关以允许沿信号线发送唤醒信号。
13. 如方案10所述的系统，其特征在于，电池监视控制器监视每个电池的情况，并且控制每个电池的充电和放电。
14. 如方案13所述的系统，其特征在于，每个电池的情况包括温度和电压。
15. 如方案10所述的系统，其特征在于，所述唤醒信号包括信号线上的被设置为预定高值的电压。
16. 如方案10所述的系统，其特征在于，所述网络使用控制器区域网络协议。
17. 一种用于电动或混合动力车辆的电池组系统，所述电池组系统包括：
被布置为部分的多个电池；
主电池组控制器，用于控制电池组系统的总体操作；
多个相同的电池监视控制器，其被配置为监视和控制多个电池，包括用于电池的每个部分的一个电池监视控制器，其中，通过从主电池组控制器接收唤醒信号能够依次激活并唯一地识别电池监视控制器；
信号线，用于将唤醒信号从主电池组控制器发送到电池监视控制器，并用于将报警信号从电池监视控制器发送到主电池组控制器，所述信号线按照串行环连接主电池组控制器和电池监视控制器；以及
网络，用于主电池组控制器与电池监视控制器之间的通信。
18. 如方案17所述的电池组系统，其特征在于，电池监视控制器每一个都包括：开关，用于进行与信号线的连接与断开；以及处理器，用于监视和控制多个电池和用于执行唤醒功能组。
19. 如方案18所述的电池组系统，其特征在于，所述唤醒功能组包括从主电池组控制器请求和接收唯一标识号，并且关闭开关以允许沿信号线发送唤醒信号。
20. 如方案17所述的电池组系统，其特征在于，所述网络使用控制器区域网络协议。
附图说明
图1是用于电动和混合动力车辆的电池组和控制器的示图；
图2是包含电池组的主电池组控制器和电池监视控制器的系统的示意图，示出可如何激活和识别电池监视控制器；以及
图3是可与图2的系统一起使用的以激活和识别系统中的每个电池监视控制器的处理的流程图。
具体实施方式
下面对涉及通过多用信号线自动电池控制器识别和电池索引的方法和系统的本发明的实施例的讨论仅是示例性的，且不以任何方式限制本发明或其应用或使用。例如，本发明具体应用于电动和混合动力车辆电池组。然而，本发明的方法可以应用于其他类型的电池组，诸如铲车或其他用途车辆、电存储和电池后备电源设备和其他产业中使用的电池组。
电动车辆和汽油/电动混合动力车辆使用高容量电池组来存储在再充电事件之间的合理距离驱动车辆所需的电能。电池技术继续发展，许多不同电池组系统设计是可行的，但是，大多数电动和混合动力车辆电池组的一个共同需求是需要先进的电监视和控制。
图1是可以在电动或混合动力车辆中使用的代表类型的电池组系统10的示图。电池组系统10包括具有单个电池12的阵列的电池组30，单个电池12可以成组为部分14。如图1所示，部分14每个包括4乘6块电池12，但是这仅是一个示例；每个部分14中电池12的数量可以大于或小于24。每个部分14配备有电池监视控制器（CMC）16。电池监视控制器16执行监视和平衡功能，诸如监视每个电池12内的电压和温度，以及控制充电和放电操作以保持电池12之间平衡的电荷状态。电池组系统10还包括主电池组控制器18，其控制系统10的总体操作，包括充电和放电。
主电池组控制器18通过信号线20连接到CMC 16。信号线20以串行环连接主电池组控制器18和CMC 16，并且用于特定类型的信令和报警功能。信号线20还可以用于其他功能，诸如向CMC 16供能。主电池组控制器18还通过网络22与CMC 16进行通信，以及通过网络28与车辆中的其他控制器进行通信。网络22和28可以使用任何适当的协议，诸如控制器区域网络（CAN），并且如果期望，则可以将网络22和28合并成单个网络。在图1中没有示出处理向电池12充电以及从电池12放电的大功率布线。在图1中也没有示出用于主电池组控制器18的供能线，因为这些与本发明不相关。
电池组配置根据车辆设计彼此不同，并且电池部分14的数量和电池监视控制器16的数量是可以改变的因素。但是不管用于电池组30的电池监视控制器16的数量如何，重要的是主电池组控制器18能够识别每个单个电池监视控制器16且与其进行通信。因为对于每个部分14内的每个个体电池12可能需要监视和控制诸如电压、电流和温度的因素，因此这是必需的。监视和控制全部电池12的唯一方式，不管是单独地还是成小组地，是对于每个电池监视控制器16在电池组系统10中具有唯一标识，并且对于每个电池监视控制器16具有在其控制下的全部电池12的索引或映射。
识别每个电池监视控制器16的传统方法包括使每个电池监视控制器16配置有唯一的布线线束或接地策略，使每个电池监视控制器16配备有电路板上的唯一电阻网络，或者使每个电池监视控制器16编程有唯一的软件或固件校准件。尽管这些方法赋予呈现通过主电池组控制器18可唯一识别的目标，但是这些方法都要求不同地组装每个电池监视控制器16，这意味着电池组系统10中的每个电池监视控制器16必须具有不同部件标号。传统方法还要求在组装电池组系统10时区分每个电池监视控制器16以及在适当的位置放置每个电池监视控制器16，这引起了组装错误的机会。对于每个电池监视控制器16，还会需不同地作出额外的布线连接，以建立唯一性。简言之，唯一地识别电池监视控制器16的传统方法，通过要求唯一地配置电池组系统10中的每个电池监视控制器16，因部件数量增加导致增加工件价格，并且因组装期间更多布线连接和需要更多的防错步骤导致增加系统10的组件价格。
图2是用于自动激活和识别一系列电池监视控制器16的系统40的示意图。在系统40中，与系统10相同的组件保持它们在图1中的标号。系统40包括第一、第二和第n电池监视控制器16以及主电池组控制器18、信号线20和网络22和28，如在图1所示的。在系统40中，每个电池监视控制器16是相同部件。也就是说，各个部件不是唯一地配置有硬件或软件。而是，信号线20的路由用于次序地激活和识别每个电池监视控制器16。基于电池监视控制器16在信号线20的路由中的位置，电池监视控制器16在图2中被标为CMC1、CMC2和CMCn。
每个电池监视控制器16包括处理器或中央处理单元（CPU）52。每个电池监视控制器16中的CPU 52管理电池监视和控制激活以及通讯和电池监视控制器16的大多数其他功能。每个电池监视控制器16还包含切换元件，诸如开关54。开关54可以是能够打开和关闭电路的任何电气或电子元件，诸如开关、中继器或其他适当组件。
当系统40处于关闭或待机模式时，每个电池监视控制器16中的CPU 52空闲，并且开关54处于开位置。当对于车辆操作，电池组30和系统40需要被激活时，主电池组控制器18通过信号线20从端口24发送唤醒信号。该唤醒信号可以是被设置为指定高值诸如12伏的电压形式，或者唤醒信号可以是任何其他适当类型。唤醒信号到达处于信号线20的路由中的第一个的电池监视控制器16。因为开关54打开，所以唤醒信号不继续向下到下一电池监视控制器16。唤醒信号由CPU 52接收，其唤醒或变为活跃。
然后，CPU 52通过网络22从主电池组控制器18请求标识号。标识号不是字面上仅具有数字，而可以是任何唯一标识，可以是数字、字符代码或其他。术语标识号以及这样的数字示例在此用于帮助阐明论述次序标识过程。当请求时，主电池组控制器18提供标识号。当CPU 52接收到其标识号时，CPU 52关闭开关54，以使唤醒信号可以继续向下沿信号线20到下一电池监视控制器16。在唤醒时，CPU 52还开始其电池监视和控制功能。
下一或第二电池监视控制器16以与第一电池监视控制器16同样的方式被激活-唤醒，从主电池组控制器18请求和接收其标识号，并且允许唤醒信号在信号线20上继续向下。在从电池监视控制器16接收到每个请求之后，主电池组控制器18分配唯一标识号。当在信号线20的路由中最后一个电池监视控制器16唤醒、接收其标识号、关闭其开关54时，唤醒信号沿信号线20继续，并在端口26处返回到主电池组控制器18。当主电池组控制器18在端口26检测到唤醒信号时，其知道所有电池监视控制器16已经被激活，以及电池组30和系统40处于激活状态。主电池组控制器18还凭借已经向其知道的系统40内存在的所有电池监视控制器16签发了标识号来确定所有电池监视控制器16已经被激活。
从上述讨论可以看出，系统40中的每个电池监视控制器16是相同部件，按照唤醒序列以相同方式操作，而每个电池监视控制器16采用来自主电池组控制器18的唯一标识。在每个电池监视控制器16由主电池组控制器18唯一地标识的情况下，可以完成电池组30中所有电池12的索引。例如，如果每个电池监视控制器16负责24个个体电池12，则第一电池监视控制器16可以向其电池12分配标号1-24，第二电池监视控制器16可以分配标号25-48，等等。对于整个电池组30中的能量管理和每个电池12中的情况诸如电压和温度，这种索引方法使得能够完全监视和控制电池组30中的所有电池12。
当车辆关闭且电池组30返回到关闭或待机模式时，主电池组控制器18仅从信号线20去除唤醒信号，其可以通过将信号线20上的电压向下设置回指定的低电压值或者其他适当的方式来实现。唤醒信号的去除使每个电池监视控制器16中的CPU 52返回到空闲状态并打开其开关54。
图3是用于激活和识别系统诸如图2的系统40中的一系列电池监视控制器16的过程的流程图80。过程在块82处以电池组30关闭或处于待机模式开始。如果车辆已经闲置一段时间，诸如整个晚上，则电池组30将处于关闭或处于待机模式。在块84，驾驶员请求车辆启动，其可通过按下启动按钮、或转动钥匙、或压下加速踏板、或者执行开始车辆操作所需的任何动作来完成。不管车辆是电动或混合动力车辆，操作车辆将需要激活电池组30。在块86，车辆开始操作向主电池组控制器（MBPC）18发送信号，以切换到激活模式。可以通过车辆中的另一控制器在网络28上发送到主电池组控制器18的信号或命令。在块88，主电池组控制器18在信号线20上从端口24发送唤醒信号。基于信号线20上的路由，唤醒信号到达第一电池监视控制器16。
在块90，第一电池监视控制器16从主电池组控制器18接收到唤醒信号，并且唤醒或激活其CPU 52，如上所述。在块92，第一电池监视控制器16从主电池组控制器18请求标识号，并且从主电池组控制器18接收标识号。在此示例中，第一电池监视控制器16可以接收标识号1，或者任何其他适当标识符。块92的通信发生在网络22上。在第一电池监视控制器16在块92接收到其标识号之后，第一电池监视控制器16中的CPU 52认识到允许信号线20上的唤醒信号通过，在块94，通过关闭开关54来做出。
在决策棱形块96，取决于任何更多个电池监视控制器16是否还处在信号线20上的下游，重复唤醒循环用于随后的电池监视控制器16，或者过程终止。如果还存在将被激活和识别的更多个电池监视控制器16，则过程循环回到块90，其中，信号线路由中接下来的电池监视控制器16接收唤醒信号并激活其CPU 52。每个随后的电池监视控制器16唤醒，请求和接收唯一标识号，并且使唤醒信号通过，如上所述。主电池组控制器18在每个随后的电池监视控制器16被激活时向其分配唯一标识号。
过程继续循环通过块90、92和94，直到在决策棱形块96没有将被激活的更多电池监视控制器16，在此时，唤醒信号返回到主电池组控制器18。在块98，过程以电池组30和系统40处于激活状态完成，并且车辆已经准备好被驱动。在激活状态下，主电池组控制器18可以识别所有电池监视控制器16且与所有电池监视控制器16进行通信，并且电池监视控制器16积极监视在其控制下的所有电池12的情况。另外，在激活和识别处理完成的情况下，在车辆操作期间，信号线20用于其它目的，诸如从电池监视控制器16到主电池组控制器18的报警信号的通信。主电池组控制器18在端口26接收报警信号。
需要强调的是，尽管在流程图80的过程中电池监视控制器16被分配了不同标识号，但是电池监视控制器16之间不存在物理或配置上的差异。也就是说，系统40中的所有电池监视控制器16是相同部件。正是电池监视控制器16内部的电路和信号线20的路由，使得每个电池监视控制器16能够在系统40中被唯一地识别。这种创新布置允许在电动和混合动力车辆中使用的高功率类型电池组简化及成本降低，这仅可以帮助这种车辆的制造商在市场上实现更大的成功。
上述讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。根据这种讨论和附图以及所附权利要求，本领域的技术人员可以容易地认识到，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在其中可以做出各种改变、修改和变型。

Claims (18)

1.一种用于激活和识别电池组中的电池监视控制器的方法，所述方法包括：
提供主电池组控制器和多个相同的电池监视控制器，其中，所述主电池组控制器和所述电池监视控制器按照串行环通过信号线连接，并且所述主电池组控制器和所述电池监视控制器还通过网络通信；
由第一电池监视控制器在所述信号线上从所述主电池组控制器接收唤醒信号；
由所述第一电池监视控制器执行唤醒激活；
由所述第一电池监视控制器使所述唤醒信号沿所述信号线通过到达随后的电池监视控制器，随后的电池监视控制器也执行唤醒激活；以及
在所述电池组和所有电池监视控制器处于激活状态的情况下终止激活过程；
其中由第一电池监视控制器和随后的电池监视控制器执行唤醒激活包括：
激活处理器；
通过经由所述网络进行通信从主电池组控制器请求和接收唯一标识号；以及
开始监视和控制电池组中的多个电池。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开始监视和控制电池组中的多个电池包括监视每个电池的情况，以及控制每个电池的充电和放电。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，监视每个电池的情况包括监视温度和电压。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由第一电池监视控制器使唤醒信号沿信号线通过到达随后的电池监视控制器包括关闭开关以允许唤醒信号沿信号线继续。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：由第一电池监视控制器和随后的电池监视控制器使用信号线向主电池组控制器通信报警情况。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信号线上从主电池组控制器接收唤醒信号包括将信号线上的电压设置为预定高值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电池组使用在电动或混合动力车辆中。
8.一种用于激活和识别电池组中的电池监视控制器的系统，所述系统包括：
主电池组控制器，用于控制电池组的总体操作；
多个相同的电池监视控制器，其被配置为监视和控制电池组中的所有电池，其中，通过从主电池组控制器接收唤醒信号能够依次激活并唯一地识别电池监视控制器；
信号线，用于将唤醒信号从主电池组控制器发送到电池监视控制器，并且用于将报警信号从电池监视控制器发送到主电池组控制器，所述信号线按照串行环连接主电池组控制器和电池监视控制器；以及
网络，用于主电池组控制器与电池监视控制器之间的通信；
其中，电池监视控制器的每一个都包括：用于监视和控制电池组中的多个电池和用于执行唤醒功能组的处理器，所述唤醒功能组包括通过所述网络从主电池组控制器请求和接收唯一标识号。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，电池监视控制器的每一个都还包括：开关，用于进行与信号线的连接与断开。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述唤醒功能组还包括关闭开关以允许沿信号线发送唤醒信号。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，电池监视控制器监视每个电池的情况，并且控制每个电池的充电和放电。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，每个电池的情况包括温度和电压。
13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述唤醒信号包括信号线上的被设置为预定高值的电压。
14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述网络使用控制器区域网络协议。
15.一种用于电动或混合动力车辆的电池组系统，所述电池组系统包括：
被布置为部分的多个电池；
主电池组控制器，用于控制电池组系统的总体操作；
多个相同的电池监视控制器，其被配置为监视和控制多个电池，包括用于电池的每个部分的一个电池监视控制器，其中，通过从主电池组控制器接收唤醒信号能够依次激活并唯一地识别电池监视控制器；
信号线，用于将唤醒信号从主电池组控制器发送到电池监视控制器，并用于将报警信号从电池监视控制器发送到主电池组控制器，所述信号线按照串行环连接主电池组控制器和电池监视控制器；以及
网络，用于主电池组控制器与电池监视控制器之间的通信；
其中电池监视控制器每一个都包括用于监视和控制多个电池和用于执行唤醒功能组的处理器，所述唤醒功能组包括通过所述网络从主电池组控制器请求和接收唯一标识号。
16.如权利要求15所述的电池组系统，其特征在于，电池监视控制器每一个都还包括：开关，用于进行与信号线的连接与断开。
17.如权利要求16所述的电池组系统，其特征在于，所述唤醒功能组还包括关闭开关以允许沿信号线发送唤醒信号。
18.如权利要求15所述的电池组系统，其特征在于，所述网络使用控制器区域网络协议。
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