CN103296711A - 电池控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电池控制装置，具有包括多个单电池的电池系统（7）、第一电子单元（1）和第二电子单元（2），其中，所述第二电子单元（2）的地电势（GND1）被连接到所述电池系统（7）的电势；其中，所述第一电子单元（1）和第二电子单元（2）为了交换信息通过通信链路相连；其中，所述通信链路具有电分离装置（5）；其中，所述通信链路包括通信导线（3）；其中，所述通信导线（3）至少部分地具有电磁屏蔽装置（4）；其中，所述电磁屏蔽装置（4）被连接到第二电子单元（2）的地电势（GND1）。

Description

电池控制装置
技术领域
本发明涉及一种电池控制装置，具有包括多个单电池（Zellen）的电池系统、第一电子单元和第二电子单元，其中，特别是将第二电子单元的地电势连接到电池系统的电势，并且其中，第一电子单元和第二电子单元为了交换信息通过通信链路相连。
背景技术
这样的装置例如用于电动和混合动力汽车，以便能够监视和控制通常包括了多个单电池（Batteriezellen）的高压电池系统。为此，中央的第一电子单元可以作为电池控制单元（Battery Management Unit，BMU，电池管理单元）实施，其特别是用于监视电池系统的整体状态，并且控制例如在单电池之间的电荷平衡。附加地，通常作为第二电子单元采用局部的单电池监视单元（Cell SupervisoryController,CSC，单电池监控器），其例如对于每个单个的单电池或对于单电池的组的状态（如单电池电压和温度）进行采集，并且与电池控制单元通信。在此，单电池监视单元的地电势可以与电池系统相连。在电池控制单元和单电池监视单元之间的通信链路通常以Controller Area Network-Bus（CAN-Bus，控制器局域网总线）连接实施，因为该连接类型对于更长的通信路径也可以保证可靠的通信。但是对于CAN-Bus的使用来说，在电池控制单元方面以及在单电池监视单元方面都需要复杂的发送/接收装置来实现协议的转换。
此外，公知串行外围接口总线（SPI-Bus，SPI总线）作为在电子单元之间的通信链路，其以少的开销实现，然而不太适合于连接空间上相距远的电子单元，因为SPI总线链接容易受干扰信号的影响，诸如特别是受共模干扰的影响。
从DE102010016175A1中公知一种电池监视和控制装置，其中在系统控制器和电池监视模块之间设置一个初级的和一个次级的连接单元。该初级的连接单元可以通过SPI连接单元来构成。如果该串行连接失效或减少，作为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收器/发送器）连接单元构造的次级的连接单元接管通信任务。
从US2010/173180A1中公知一种电池管理系统，具有：包括了多个单电池的电池、多个与电池连接的用于采集单电池的状态的装置以及与第一装置相连的控制单元。该控制单元可以与目标装置通过标准路径和通过替代路径通信。
从US5850351A中公知一种电池管理装置，其中，多个电池通过多个电池监视模块来监视；其中，每个电池对应于一个电池监视模块。
最后，从US2007/182377A1中公知一种监视系统，用于监视多个电池的电压，其中每个电池包括多个单电池。每个电池对应于一个监视单元。在此，第一和第二监视单元测量电池的相同的单电池。该监视单元布置成链型，其中相邻的监视单元通过通信接口相连。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，改进所提到类型的电池监视装置，并且特别是在更长的通信路径的情况下，也可以在电池控制装置的第一电子单元和第二电子单元之间实现可靠的和低成本的连接。
上述技术问题通过一种电池控制系统解决，具有包括多个单电池（Zellen）的电池、第一电子单元和第二电子单元，其中，第二电子单元的地电势被连接到电池系统的电势；其中，第一电子单元和第二电子单元为了交换信息通过通信链路相连；其中，该通信链路具有电分离装置；其中，该通信链路包括通信导线；其中，该通信导线至少部分地具有电磁屏蔽装置；其中，该电磁屏蔽装置被连接到第二电子单元的地电势。
按照本发明，在第一电子单元和第二电子单元之间设置被实施了电磁屏蔽的通信导线，并在电子单元之间额外具有电分离装置。这样实施电磁屏蔽装置，使得通信导线的电屏蔽装置连接到在第二电子单元的地电势，其本身又连接到电池系统的电势。通常将电屏蔽装置与最大的局部可用的导电质量连接，其在汽车的配置中例如是汽车的车身。已被证明，将屏蔽装置连接到第二电子单元的电分离的电势，也就是例如单电池监视单元的电分离的电势，既由于在通信导线和屏蔽装置之间的更低的电压差导致通信导线的明显改善的屏蔽，也导致通信导线对汽车的更小干扰。由此在更长的连接路径上也可以通过例如SPI总线链接保证在电子单元之间的未干扰的通信。
有利的是，电磁屏蔽装置在两端连接到第二电子单元的地电势。
在一种优选的实施方式中，第一和第二电子单元由第一和第二控制设备构成。
优选地，第一电子单元是电池控制单元（Battery Management Unit，BMU，电池管理单元）。该电池控制单元被设置为上级的检查和控制系统，用于在整体上对单电池（也就是对整个电池系统）进行监视和控制的。
优选地，第二电子单元是单电池监视单元（Cell Supervisory Controller，CSC，单电池监控器），特别是单电池电压监视单元。该单电池监视单元监视和/或控制电池单元，特别是单个的单电池或单电池的组，并且优选地与设置在上级的电池控制单元通信。
电池系统特别地可以是汽车的高压电池系统，特别是用于驱动汽车。
第二电子单元的能量供应可以通过该电池系统进行。第一电子单元例如可以由汽车的12V的车载电网馈电。
优选地，在第一电子单元和通信导线之间布置电分离装置。第二电子单元的电势在通信导线上延伸直到靠近第一电子单元的区域。在包括了第一电子单元的结构单元上可以构造一个特殊的区域，该特殊的区域容纳第二电子单元的电势上的组件。然后，该特殊的区域与结构单元的其它区域并且特别是与第一电子单元电分离。
优选地，电分离装置通过光耦合器或通过电感性或电容性的传输
Figure BDA00002849447400031
来构成。
滤波元件优选被布置在通信导线和第一电子单元之间和/或在通信导线和第二电子单元之间。特别优选地，特别是在双向通信链路的情况下，滤波元件被布置在通信导线的两侧。通过合适的滤波元件，特别是减弱了在通信导线中的电压改变和电流改变，并且这样减小了相邻的通信导线的干扰。
该滤波元件可以包括串联电阻和旁路电容，它们特别地布置在屏蔽装置的两侧并且可以形成低通滤波器。
该滤波元件也可以包括电感，所述电感同样优选布置在屏蔽装置两侧，由此减小了在通信导线中的共模干扰。
优选地，通过通信链路的信息交换通过串行外围接口总线（SPI）进行。
优选地，通信导线的长度大于10cm，特别是大于20cm，特别是大于50cm。由此可以实现第一与第二电子单元的空间分离布置，即使在更大距离上也可以保证在电子单元之间的可靠通信链路。
按照一种优选实施方式，电池控制装置包括多个第二电子单元，也就是特别是多个单电池监视单元，其至少部分地互相连接，其中至少一个、但是优选不是所有的第二电子单元与第一电子单元处于直接的通信链路。这些第二电子单元可以构成所谓的“雏菊链（Daisy-Chains）”，其中仅一个或一些第二电子单元与该第一电子单元（通常是唯一的）相连。第二电子单元互相的连接优选电势分离地进行，例如通过在连接导线中的电容，并且优选使用差分的总线系统。
当电池控制装置包括多个第二电子单元时，优选地第二电子单元中的至少两个与第一电子单元处于直接的通信链路，其中该直接的通信链路可以如上所述实施，也就是特别地可以分别电分离地、分别屏蔽地和/或分别利用滤波器配备。尽管需要干扰降低措施（如滤波器）和与此相关的低的数据传输率，但是为了确保在第一电子单元和第二电子单元之间总体上高的数据传输率，采用多个与第一电子单元直接相连的第二电子单元是具有优势的。
这些第二电子单元的地电势优选地连接到电池系统的不同的高电势，从而这些第二电子单元的地电势互相不同。因此，不同的通信导线的屏蔽装置也具有不同的地电势。通过分别具有局部匹配的地电势来实施屏蔽装置，实现了对电磁干扰的最佳屏蔽。
附图说明
本发明的扩展在从属权利要求、说明书以及附图中给出。其中，
图1是按照本发明的电池控制装置的示意图，
图2按照图1的示意图，具有电池控制装置的附加的细节，
图3至图5是其它按照本发明的电池控制装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的电池控制装置，具有第一电子单元1和第二电子单元2，它们通过通信链路互相连接。第二电子单元2通过单电池监视单元构成，所述单电池监视单元监视和/或控制电池系统7的一个或多个单电池。第一电子单元1由电池控制单元构成。通信链路包括作为具有四个导线的SPI总线链接而实施的通信导线3。除了包括这四个导线的通信导线3之外，通信链路还可以包括一个或多个控制导线。这样的控制导线例如作为启用/禁用导线实施，以激活或禁止电子单元2。由此例如可以减小电子单元2的静态电流消耗。为了清晰起见，没有示出这样的控制导线。在第一电子单元1和通信导线3之间布置电分离装置5，其中电分离装置5例如作为光耦合器实施。通过屏蔽装置4保护通信导线3免受电磁干扰。屏蔽装置4在其两端连接到第二电子单元的地电势GND1。该地电势GND1由在电池系统7处的第二电子单元2量取，并且在通信导线3的地导线上延伸直到一个特殊的区域10，该特殊的区域10位于第二电子单元2的电势处，并且该特殊的区域10在结构单元8中构造，所述结构单元8包括第一电子单元1和电分离装置5。既在电分离装置5和通信导线3之间、在结构单元8的特殊区域10中，也在包括了第二电子单元2的结构单元9中，布置了滤波元件6。
如图2中可以更清楚看出的，通信导线3两侧的滤波元件6既包括欧姆电阻6.1，也包括电容6.2（例如数据导线相对地电势GND1的滤波电容器）和电感6.3（例如铁素体）。
如图3所示，另一个第二电子单元2，特别是另一个单电池监视单元可以直接与第二电子单元2相连，以便构成“雏菊链”。在该实施方式中，另一个第二电子单元2与第一电子单元1的通信间接通过在图3下面示出的第二电子单元2的通信链路3进行。两个第二电子单元2的地电势GND1、GND2连接到电池系统的不同电势。
如从图4和图5的实施例可以看出的，也可以将多个第二电子单元2分别通过一个本身的、直接通信导线3与电池控制单元相连。在此，每个通信导线3通过本身的屏蔽装置4被电磁屏蔽，其中，每个屏蔽装置4在其两端连接到其第二电子单元2的各自的地电势GND1以及GND3。
由此，在更长通信路径的情况下，本发明也可以提供一种具有在第一电子单元和第二电子单元之间的可靠和成本低的连接的电池控制装置。
附图标记列表
1第一电子单元
2第二电子单元
3通信导线
4屏蔽装置
5电分离装置
6滤波元件
6.1电阻
6.2电容
6.3电感
7电池系统
8结构单元
9结构单元
10特殊的区域
GND1、GND2
GND3、GND4地电势
SCLK，MOSI，
MISO，SS SPI总线链接的导线

Claims (14)

1.一种电池控制装置，具有包括多个单电池的电池系统（7）、第一电子单元（1）和第二电子单元（2），其中，所述第二电子单元（2）的地电势（GND1）被连接到所述电池系统（7）的电势；其中，所述第一电子单元（1）和第二电子单元（2）为了交换信息通过通信链路相连；其中，所述通信链路具有电分离装置（5）；其中，所述通信链路包括通信导线（3），
其特征在于，
所述通信导线（3）至少部分地具有电磁屏蔽装置（4），
其中，所述电磁屏蔽装置（4）被连接到第二电子单元（2）的地电势（GND1）。
2.根据权利要求1所述的电池控制装置，
其特征在于，所述第一电子单元（1）是电池控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的电池控制装置，
其特征在于，所述第二电子单元（2）是单电池监视单元。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述电分离装置（5）被布置在所述第一电子单元（1）和通信导线（3）之间。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述电分离装置（5）通过光耦合器或通过电感性或电容性的传输构成。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述第二电子单元（2）的地电势（GND1）在通信导线（3）上延伸，直到在结构单元（8）上构造的特殊的区域（10）中，其中，所述结构单元（8）包括所述第一电子单元（1）；其中，该特殊的区域（10）特别地容纳第二电子单元（2）的地电势（GND1）上的组件。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，滤波元件（6）布置在通信导线（3）和第一电子单元（1）之间和/或在通信导线（3）和第二电子单元（2）之间。
8.根据权利要求7所述的电池控制装置，
其特征在于，所述滤波元件（6）在屏蔽装置（4）的两侧包括串联电阻（6.1）和旁路电容（6.2）。
9.根据权利要求7或8所述的电池控制装置，
其特征在于，所述滤波元件（6）在屏蔽装置（4）两侧包括电感（6.3）。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，通过通信链路的信息交换通过串行外围接口总线（SPI）进行。
11.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述通信导线（3）的长度大于10cm，特别是大于20cm，特别是大于50cm。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述电池控制装置包括多个第二电子单元（2），它们至少部分地互相连接，其中至少一个、但是优选不是所有的第二电子单元（2）与第一电子单元（1）利用按照上述权利要求中至少一项所述的特征处于直接的通信链路。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的电池控制装置，
其特征在于，所述电池控制装置包括多个第二电子单元（2），其中第二电子单元（2）中的至少两个与第一电子单元（1）利用按照上述权利要求中至少一项所述的特征处于直接的通信链路。
14.根据权利要求12或13所述的电池控制装置，
其特征在于，所述第二电子单元（2）的地电势（GND1，GND2，GND3、GND4）被连接到电池系统（7）的不同的电势。
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王斐: "通信电缆的抗干扰技术", 《电工电气》 *

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