CN103299652B - 用于蓄电池管理单元的监控ic芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种监控IC芯片(12)，其被构造为获取至少一个蓄电池单元或者包括预定数量的蓄电池单元的蓄电池模块的至少一个运行参数，并且与多个相同的监控IC芯片(12)一起以菊花链拓扑结构如此地可连接至第一总线(14)，以使得以菊花链拓扑结构相互连续的监控IC芯片(12)位于上升的电压阶梯之中，其中，连接至所述第一总线(14)的监控IC芯片(12)中的一个监控IC芯片可用作基准监控IC芯片(16)，所述基准监控IC芯片(16)被构造为经由第二总线(20)与控制装置(18)通信。根据配置或者接线可选地在下部的或者在上部的末端处可将所述监控IC芯片(16)用为基准监控IC芯片(16)。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控IC芯片、一种具有多个依据本发明所述的监控IC芯片的蓄电池管理单元、一种具有依据本发明所述的蓄电池管理单元的蓄电池以及一种具有依据本发明所述的蓄电池的机动车。
背景技术
如今，尤其是在混合动力车辆和电动车辆中应用以锂离子或者镍金属氢化物技术的蓄电池，该些蓄电池具有大量串联连接的电化学蓄电池单元。蓄电池管理单元用于监控蓄电池并且应该除了安全性监控外还须确保尽可能长的使用寿命。为此，将测量每个单个的蓄电池单元的电压以及蓄电池电流和蓄电池温度并且进行状态估计(例如蓄电池的充电状态或者老化状态)。为了最大化使用寿命，随时知悉蓄电池的当前的给定的最大性能(即最大释放或者吸收的电功率)是有益的。如果超过该性能，那么将会极大地加速蓄电池的老化。
为了能够精确地测量每个单个的蓄电池单元的电压或者至少测量每个蓄电池模块的电压，该蓄电池模块包括预定数量的蓄电池单元，由现有技术已知了蓄电池管理单元，该蓄电池管理单元包括一个接一个连接的监控IC(integrated circuit：集成电路)芯片，此外，这些监控IC芯片能够实施电压测量并且以菊花链的形式连接至内部的总线，该总线实现了单个的监控IC芯片之间的通信，而无需电分离装置或者使用高压电子装置。监控IC芯片在此将由待监控的蓄电池单元或者蓄电池模块提供的供电电压置于电压阶梯之中并且如此地相互通信，使得每个监控IC芯片仅仅与相邻的IC芯片通信并且将源自不具有更高的电压水平的监控IC芯片的通信数据递送给分别处于电压水平更低处的监控IC芯片。
在鉴于电压水平位于最低处的通信总线的末端处，安置有基准监控IC芯片，该基准监控IC芯片同样连接至第一通信总线并且能够接收来自监控IC芯片中的每个监控IC芯片的消息。此外，该基准监控IC芯片经由第二总线与控制装置连接，该控制装置经由该第二总线接收经递送的数据。在基准监控IC芯片和控制装置之间通常采用电分离装置。
监控IC芯片通常置于与之关联的蓄电池模块的旁边并且经由第一内部的总线以及第二外部的总线通过嵌入电缆束来实现通信的连接。
由现有技术已知了这样的IC芯片，该些IC芯片根据模块设计原理要么能够配置为在电压阶梯(Spannungskette)的下部的末端处的基准监控IC芯片，即具有至与控制装置的外部的通信的接口以及至另一个在电压阶梯中的监控IC芯片的接口，要么能够配置为在菊花链中的监控IC芯片。
如果在菊花链中的联结(Verkettung)太长了并且由此使得在通信中的数据传输持续时间太长了，那么必须拆开监控IC芯片的联结，其中，必须使用两个或者更多的基准监控IC芯片。由现有技术已知的模块仅能够在电压阶梯的下部的末端处定位为基准监控IC芯片，这使得在拆开该联结时妨碍了灵活的并且适配至几何形状的模块的布置。特别地，在使用确定的空间布置时需要长的电缆束。
发明内容
依据本发明提供了一种监控IC芯片(即以集成电路或者微型芯片为形式)，其被构造为获取至少一个蓄电池单元或者包括预定数量的蓄电池单元的蓄电池模块的至少一个运行参数。所述监控IC芯片与多个相同的监控IC芯片一起以菊花链拓扑结构如此地可连接至第一总线，以使得以菊花链拓扑结构相互连续的监控IC芯片位于上升的电压阶梯之中。所述连接至所述第一总线的监控IC芯片中的一个监控IC芯片可用作基准监控IC芯片，所述基准监控IC芯片被构造为经由第二总线与控制装置通信。根据配置或者接线可选地在下部的或者在上部的末端处可将所述监控IC芯片用作基准监控IC芯片。
本发明使得基准监控IC芯片能够置于菊花链联结的上部的或者下部的末端处。在使用两个基准监控IC芯片时能够更灵活地进行基准监控IC芯片的定位(Positionierung)，并且根据几何的结构能够避免更长的电缆束。
能够设置两个通信端口并且根据配置或者接线可选地将所述通信端口中的一个通信端口可用于与另外的相同的监控IC芯片或者与控制装置的通信。
替代地，能够设置三个通信端口并且将所述通信端口中的一个通信端口可用于与控制装置的通信。
在所述电压阶梯的中部的所述监控IC芯片可用作基准监控IC芯片。
所述监控IC芯片能够被设置为根据配置或者接线将消息从在所述电压阶梯中相邻的监控IC芯片可选地以上升的或者下降的电压的方向传输至在所述电压阶梯中的另外的相邻的监控IC芯片。
本发明的另一方面涉及一种具有多个依据本发明所述的监控IC芯片的蓄电池管理单元，其中，所述监控IC芯片中的每个监控IC芯片连接至第一总线并且其中所述监控IC芯片中的一个监控IC芯片用作基准监控IC芯片，所述基准监控IC芯片同样连接至所述第一总线并且被构造为经由第二总线与控制装置通信。
所述监控IC芯片中的每个监控IC芯片能够被构造为获取蓄电池单元或者蓄电池模块的电压。
所述基准监控IC芯片能够在所述第一总线处配置为主的并且所述监控IC芯片中的每个监控IC芯片在所述第一总线处配置为从的。
本发明的又一方面涉及一种具有多个串联连接的蓄电池单元或者蓄电池模块和依据本发明所述的蓄电池管理单元的蓄电池，所述蓄电池模块分别包括预定数量的蓄电池单元。所述蓄电池优选地为锂离子蓄电池。
能够设置两个菊花链的监控IC芯片，其中，在每个菊花链的末端处连接有基准监控IC芯片，并且其中，两个基准监控IC芯片中的一个基准监控IC芯片处于所述蓄电池的最小电势并且两个基准监控IC芯片中的另一个基准监控IC芯片处于所述蓄电池的最大电势。在此，如此地设置所述蓄电池单元或者所述蓄电池模块，使得所述最小和所述最大电势位于所述蓄电池的一侧。
本发明的又一方面涉及一种机动车，尤其是一种电机动车，其具有依据本发明所述的蓄电池。
附图说明
借助于附图和后续的描述详细地阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了根据现有技术的蓄电池管理单元；
图2示出了依据本发明的第一实施形式的监控IC芯片；
图3示出了依据本发明的第二实施形式的监控IC芯片；
图4和图5示出了依据本发明的监控IC芯片在蓄电池管理单元中的替代的布置；以及
图6示出了具有两个单独的监控IC芯片链的蓄电池。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的蓄电池管理单元，其为总体上以100标注的蓄电池的一部分。该蓄电池管理单元包括多个监控IC芯片12，它们以菊花链拓扑结构连接至内部的总线14。监控IC芯片12中的每个监控IC芯片被构造为测量施加在与之关联的蓄电池模块10上的电压，其中，蓄电池模块10包括预定数量的蓄电池单元，例如六至十二个蓄电池单元(在图1中仅示意性地示出了)。蓄电池模块10也能够仅包括一个蓄电池单元，在这种情况下，与该蓄电池单元相关联的监控IC芯片12测量在该蓄电池单元上的单体电压(Einzelspannung)。多个蓄电池模块10串联连接。每个蓄电池模块10提供供电电压至与之关联的监控IC芯片12，从而使得多个监控IC芯片12位于上升的电压阶梯之中。
每个监控IC芯片12经由内部的总线14从可能在该电压阶梯上一级的监控IC芯片12接收数据并且将其自身产生的数据与所接收的数据一起递送至相邻的监控IC芯片12，该相邻的监控IC芯片12位于该电压阶梯的更低处。在该电压阶梯的下部的末端处安置有基准监控IC芯片16，该基准监控IC芯片16接收所有经递送的、源自多个监控IC芯片12的数据并且经由外部的其所连接至的总线20移交(weiterreichen)至控制装置18，该控制装置18同样连接至外部的总线20并且包括一个或者两个微控制器。每个监控IC芯片12安置在自己的电路板上，该电路板安置在与之关联的蓄电池模块10的旁边。
内部的总线14应用微分的协议，该协议在鲁棒性和电磁兼容性方面如此地选择，以使得内部的总线14的电缆能够通过更长的距离并且通过多个电路板，而不会干扰在内部的总线14上的通信。相反地，在外部的总线20上应用总线协议，该总线协议单端传输并且针对与微控制器的通信来优化。这样的协议在电磁兼容性方面更易受干扰并且尤其是未被设置为经由电缆的更长的距离来传输。例如为此为SPI(Serial Peripheral Interface：串行外围设备接口)总线或者I2C(Inter-Integrated-Circuit：内部集成电路)总线。
电分离单元24将基准监控IC芯片16一方面与外部的总线20的第一部分分离并且另一方面将外部的总线20的第二部分与控制装置18相互分离。此外，在该电分离单元24中设置了该外部的总线20的第一部分的电压供给。
在图1所示出的配置中，能够将在第一总线14处的基准监控IC芯片16配置为主的并且将每个监控IC芯片12配置为从的。
图2示出了依据本发明的第一实施形式的监控IC芯片12。依据本发明所述的监控IC芯片12根据模块设计原理既可用作基准监控IC芯片16，也可用作在图1中所示出的布置中的普通的监控IC芯片12中的一个监控IC芯片。此外，依据本发明所述的监控IC芯片12然而也能够灵活地用在其他的布置之中，该其他的布置此外在图4、图5和图6中所示出。在图2中所示出的监控IC芯片12具有第一通信端口26以及第二通信端口28。该第一通信端口26在所提及的布置中用于经由内部的总线14与相邻的、相同的监控IC芯片12通信，该监控IC芯片12同样连接至内部的总线14(在图2中示意性地示出)。该第二通信端口28可选地可用于与另外的相同的监控IC芯片12经由内部的总线14或者与控制装置18经由外部的总线20通信。对于后者的选择，该监控IC芯片12承担了基准监控IC芯片16的专有的功能。依据本发明设置，在此能够选择在该电压阶梯的下部的或者上部的末端处将监控IC芯片12可用作基准监控IC芯片16。
通信形式的选择和在电压水平方面的定位能够或通过将监控IC芯片12例如通过编程合适地配置为模块而进行或通过合适地接线而进行。后者意味着监控IC芯片12能够获取至相邻的部件或者总线的连接。例如，在初始化时该模块能够确定哪个相邻的部件或者总线连接至第二通信端口28并且由此得出结论，即应该以哪种总线协议经由通信端口28来通信。
此外，监控IC芯片12被设置为将消息从在电压阶梯中相邻的监控IC芯片12可选地以上升的或者下降的电压的方向传输至在电压阶梯中的另外的相邻的监控IC芯片12。由此在电压阶梯中部所安置的监控IC芯片12不必必然地将通信数据如在图1所示出的布置的情况下以最小的电势的方向移交，而是能够将该通信数据以相反的方向移交。在此，通信的方向的选择也能够或通过将监控IC芯片12例如通过编程合适地配置为模块而进行或通过将其合适地接线并且能够获取至相邻的部件或者总线的连接而进行。例如，该模块能够在初始化时确定是否将在其上应该发送通信数据的基准监控IC芯片16安置在电压阶梯的上部还是下部。
图3示出了依据本发明的第二实施形式的监控IC芯片12。该监控IC芯片12与在图2中所示出的监控IC芯片12的区别在于，其除了第一两个通信端口26、28之外还具有第三通信端口30。该两个第一通信端口26、28分别用作经由内部的总线14与相邻的相同的、同样连接至内部的总线14的监控IC芯片12的通信。该第三通信端口28与之相对地用作与控制装置18经由外部的总线20的通信。
例如通信端口26、28、30中的哪一个将被利用取决于在实际情况下所选择的模块的布置。在最通常的情况下，在此，通信端口26、28、30中的至少一个通信端口是未连接的，从而使得该模块的相应的引脚保持为未利用的。通信端口26、28、30的占用情况的选择能够如在本发明的第一实施形式中那样通过例如通过编程合适地配置单个的监控IC芯片12或者通过将其合适地接线来进行。
该依据第二实施形式的监控IC芯片12被相同于第一实施形式地设置，其承担在电压阶梯的下部的或者上部的末端处的基准监控IC芯片16的专有功能。此外，该监控IC芯片12被设置为将消息从在电压阶梯中相邻的监控IC芯片12可选地以上升的或者下降的电压的方向递送至在电压阶梯中相邻的另一个监控IC芯片12。选择哪个方向又重新取决于在实际情况中所选择的模块的布置。
图4和图5示出了这样的布置，在这样的布置中附加于在图1中所示出的根据模块设计原理的布置之外能够使用依据本发明所述的监控IC芯片12。
在图4中所示出的布置与在图1中所示出的布置的区别在于，用作基准监控IC芯片16的模块被安置在电压阶梯的上部的末端处，该模块接收所有经递送的、源自监控IC芯片12的数据并且经由外部的总线20移交至控制装置18。每个普通的监控IC芯片12经由内部的总线14从可能位于电压阶梯更低处的监控IC芯片12接收数据并且将所接收的数据与其自身所产生的数据一起递送至相邻的监控IC芯片12，该相邻的监控IC芯片位于电压阶梯的更高处。
在图5中所示出的装置示出了在图1和图4中所示出的装置的混合体。用作基准监控IC芯片16的模块被安置在电压阶梯的中部。这仅能通过依据本发明的第二实施形式的模块来实现，因为在此需要三个通信端口。每个普通的监控IC芯片12根据其在布置中的位置如在图5中通过箭头示出的那样以上升的或者下降的电压的方向通信。在该布置中，在中部的通信快于在图1和图4中的布置，因为该通信经由更少的模块来进行。
图6示出了蓄电池100，在该蓄电池中串联连接有蓄电池模块10并且如此地马蹄铁状地安置蓄电池模块10，以使得最小的和最大的电势位于蓄电池的一侧32上，在该侧上也安置有控制装置18。如果仅设置了一组监控IC芯片12，那么其所属的内部的总线的一部分必须被安置在蓄电池的相对设置的第二侧34上(在图6中通过虚线示出)，这将导致蓄电池系统的提高了的易受干扰性。此外，通信中的数据传输在过长延伸的菊花链中持续时间的过长了。出于此原因将分离监控IC芯片12的联结，并且将两个内部的总线14a、b并联地设置。镜像对称地将两个依据本发明所述的监控IC芯片用作相邻的基准监控IC芯片16a、b，它们均安置在第一侧32之上并且两个基准监控IC芯片中的一个基准监控IC芯片16a处于蓄电池的最小电势处并且两个基准监控IC芯片中的另一个基准监控IC芯片16b处于蓄电池的最大电势处。通过将该两个基准监控IC芯片16a、b直接布置在控制装置18的旁边能够降低所需的外部总线20a、b的长度，该外部的总线20a、b将两个基准监控IC芯片16a、b与控制装置18连接起来。
Claims (10)
1.一种蓄电池(100)，其具有串联连接的多个蓄电池单元或者多个蓄电池模块(10)、并且具有带有多个监控IC芯片(12)的蓄电池管理单元，所述蓄电池模块(10)分别包括预定数量的蓄电池单元，所述多个监控IC芯片(12)被构造为获取至少一个蓄电池单元或者包括预定数量的蓄电池单元的蓄电池模块(10)的至少一个运行参数，并且以菊花链拓扑结构如此地连接至第一总线(14)，以使得以菊花链拓扑结构相互连续的监控IC芯片(12)位于上升的电压阶梯之中，其中，连接至所述第一总线(14)的所述多个监控IC芯片(12)中的一个监控IC芯片用作基准监控IC芯片(16)，所述基准监控IC芯片(16)被构造为经由第二总线(20)与控制装置(18)通信，其中，根据配置或者接线在所述电压阶梯的下部的或者在上部的末端处将所述监控IC芯片(16)用作基准监控IC芯片(16)，其中，所述多个监控IC芯片(12)中的每个监控IC芯片(12)被连接至所述第一总线(14)，并且所述基准监控IC芯片(16)同样被连接至所述第一总线(14)，其特征在于，设置两个菊花链的监控IC芯片(12)，在两个菊花链中的每个菊花链的一个末端处各连接一个基准监控芯片(16)，其中，两个基准监控IC芯片中的一个基准监控IC芯片(16)处于所述蓄电池的最小电势并且另一个基准监控IC芯片(16)处于所述蓄电池的最大电势。
2.根据权利要求1所述的蓄电池(100)，其中，所述多个蓄电池单元或者所述多个蓄电池模块(10)被安置为使得所述最小和所述最大电势位于所述蓄电池的一侧。
3.根据权利要求1所述的蓄电池(100)，其中，设置两个通信端口并且根据配置或者接线将所述通信端口中的一个通信端口用于与另外的相同的监控IC芯片(12)或者与控制装置(18)的通信。
4.根据权利要求1所述的蓄电池(100)，其中，设置三个通信端口并且将所述通信端口中的一个通信端口用于与控制装置(18)的通信。
5.根据权利要求4所述的蓄电池(100)，其中，在所述电压阶梯的中部的所述监控IC芯片(12)用作基准监控IC芯片(16)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的蓄电池(100)，其中，所述监控IC芯片(12)被设置为根据配置或者接线将消息从在所述电压阶梯中相邻的监控IC芯片(12)以上升的或者下降的电压的方向递送至在所述电压阶梯中的另外的相邻的监控IC芯片(12)。
7.根据权利要求1所述的蓄电池(100)，其中，所述多个监控IC芯片(12)中的每个监控IC芯片被构造为获取蓄电池单元或者蓄电池模块(10)的电压。
8.根据权利要求1或7所述的蓄电池管理单元，其中，将在所述第一总线(14)处的所述基准监控IC芯片(16)配置为主的，并且其中，将在所述第一总线(14)处的所述多个监控IC芯片(12)中的每个监控IC芯片配置为从的。
9.一种机动车，其包括根据权利要求2所述的蓄电池。
10.根据权利要求9所述的机动车，其中，所述机动车为电机动车。
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