CN103688182A - 用于测量最小的单元电压的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压(U1、U2、U3)中最小的单元电压的装置，其中，所述装置包括多个串联连接的欧姆电阻(R1、R2、R3)，其中，所述装置能够如此地与多个串联连接的蓄电池单元连接，使得蓄电池单元相应于串联电路与每个欧姆电阻(R1、R2、R3)相关联。其中，除了第一欧姆电阻(R3)之外的每个欧姆电阻被设置用于传导相应于所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压(U1、U2)的电流和在所述串联电路中前一级的欧姆电阻(R2、R3)所传导的电流中的较小的电流。此外，本发明涉及相应的方法、相应的蓄电池管理单元、相应的蓄电池和具有此种蓄电池的机动车。

Description

用于测量最小的单元电压的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压中最小的单元电压的装置和方法，以及具有这种装置的蓄电池管理单元、具有这种装置或蓄电池管理单元的蓄电池以及具有这种蓄电池的机动车。
背景技术
将来，无论在静态的应用(例如风力发电设备)还是在诸如混合动力车辆和电动车辆的车辆中，将应用更多的蓄电池系统，对于这些蓄电池系统也将在可靠性方面提出非常高的要求。这个高要求的背景是，蓄电池的故障能够导致整个系统的故障或者甚至能够造成与安全性相关的问题。例如为了在强风情况下通过调整旋转叶片来避免风力发电设备进入不被允许的运行状态而在风力发电设备中安装蓄电池。
为了能够避免锂-离子蓄电池深度放电，当前通常情况下要单独监控每个蓄电池单元的电压。为此，通常使用一种具有多路复用器和模拟／数字转换器的专用集成电路，其与控制单元进行通信。这种解决方案是耗费的且昂贵的。
图1示出了这种基于现有技术的单独监控的原理。蓄电池管理单元10包括集成电路14，其与蓄电池的各个蓄电池单元12a、12b、...、12n电连接。该集成电路14包括多路复用器和模拟／数字转换器，并且通过通信总线16与控制单元18相连接。
根据DE102008043921A1已知一种用于电的单元电压测量的装置，其中，每个存储单元具有对应的测量装置，并且通过控制单元的读取命令读出单个测量值。
发明内容
依据本发明提出了一种用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压中最小的单元电压的装置，其中，所述装置包括多个串联连接的欧姆电阻，其中，所述装置能够如此地与多个串联的蓄电池单元连接，使得蓄电池单元相应于串联电路与每个欧姆电阻相关联，并且其中，第一欧姆电阻被构造用于传导与所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压相对应的电流，所述第一欧姆电阻在所述串联电路中在所有其它的欧姆电阻之前，其中，每个欧姆电阻中除所述第一欧姆电阻之外被设置用于传导相应于所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压的电流和在所述串联电路中前一级的欧姆电阻所传导的电流中的较小的电流。
优选地，所述每个欧姆电阻具有相同的电阻值R。优选地，通过(U-△U)／R来给定所述与单元电压U对应的电流，其中，所述△U为预先确定的电压。
在一个优选的实施例中包含所述装置，其对于所述多个欧姆电阻中的每个还包括所属的三极管和所属的参考电压源，以及对于除了第一欧姆电阻之外的多个欧姆电阻中的每个包括所属的二极管，其中，所述每个二极管的阴极能够分别和与所属的欧姆电阻相关联的蓄电池单元的正极连接，所述每个二极管的阳极与所属的欧姆电阻的第一连接端相连接，每个欧姆电阻的第二连接端与所属的三极管的第一连接端相连接，所述每个三极管的控制连接端与所属的参考电压源的正极相连接，所述每个参考电压源的负极能够和与所属的欧姆电阻相关联的蓄电池单元的负极连接，所述第一欧姆电阻的第一连接端能够与所述相关的蓄电池单元的正极连接，并且除了所述第一欧姆电阻之外的所述每个欧姆电阻的第一连接端与配属于在所述串联电路中的前一级的欧姆电阻的三极管的第二连接端相连接。优选地，所述参考电压源被设置用于分别提供相同的参考电压，并且通过该参考电压给定所述预先确定的电压△U。
所述装置能够这样地与多个串联连接的蓄电池单元相连接，使得蓄电池单元相应于串联电路与每个欧姆电阻相关联。优选地，所述蓄电池单元为锂离子蓄电池单元。
依据本发明还提出了一种具有依据本发明所述的装置的蓄电池管理单元、一种具有依据本发明所述装置或蓄电池管理单元的蓄电池以及一种机动车，特别是电动机动车，其具有依据本发明所述的蓄电池。
此外，还提出一种用于测量多个串联的蓄电池单元的单元电压中最小的单元电压的方法，其中，产生相应于第一个蓄电池单元的单元电压的第一个电流，在串联电路中所述第一个蓄电池单元在其它蓄电池单元之前。其中还将产生其它电流，其中其它各个电流与蓄电池单元相对应，并且其中各个其它电流为相应于所述相关的蓄电池单元的所述单元电压的电流和所述对应的蓄电池单元在所述串联电路中的上一级蓄电池单元对应的电流中的较小的电流。
在从属权利要求和说明书中对本发明的优选的改进方案进行说明。
附图说明
将依据附图及后续的说明进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了依据现有技术的用于对多个蓄电池单元的电压单独监控的装置的电路图；
图2示出了用于描述本发明原理的示意图；
图3示出了依据本发明的用于测量最小的单元电压的装置的一个实施例；以及
图4示出了图3所示出的装置中的分析电路的一个实施例。
具体实施方式
在图2中示出了依据本发明的确定多个串联连接的蓄电池单元的单元电压中的最小的单元电压的原理。待监控的蓄电池包括一组蓄电池单元22a、22b、22c、....。在获取步骤24a中会获取蓄电池单元22a的单元电压。在步骤26a中将未变化的所获取的单元电压继续传输；这一步骤仅涉及多个蓄电池单元中的第一蓄电池单元。在获取步骤24b中会获取蓄电池单元22b的单元电压。在比较步骤26b中，所获取的蓄电池单元22b的单元电压会与在步骤26a中所继续传输的单元电压作比较，并且输出两者中较小的电压。同样地，在获取步骤24c中会获取蓄电池单元22c的单元电压，并且在比较步骤26c中，所获取的蓄电池单元22c的单元电压会与在步骤26b中所输出的单元电压作比较，并输出两者中较小的电压。通过继续对所有蓄电池单元使用这种方法会确定所有蓄电池单元22a、22b、22c、....中最小的单元电压。
图3示出了依据本发明的用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压中最小的单元电压的装置的一个实施例。在这个实施例中，串联电路包括三个蓄电池单元。然而，本发明并不限制蓄电池单元的数量。通过二极管D2和D3量取单元电压U1、U2、U3，该些二极管被视为没有正向电压的理想二极管。通过欧姆电阻R1、R2、R3和三极管T1、T2、T3，单元电压分别与参考电压源Uref，1、Uref，2、Uref，3建立联系，其中，三极管T1、T2、T3被视为理想三极管，例如对于PNP-三极管视为没有基极-发射极电压。这里，三极管基极-发射极电压指的是当有电流流过发射极和集电极时在三极管基极和发射极之间的电压；该电压近似地与流过发射极和集电极的电流无关。在理想情况下，所有欧姆电阻R1、R2、R3具有相同的电阻R，并且所有的参考电压源Uref，1、Uref，2、Uref，3具有相同的电压Uref。
在所描述的构件处于理想状态下，欧姆电阻R3两端的电压为U3-Uref，即流过的电流I3=(U3-Uref)／R。这个电流继续流过欧姆电阻R2，以至于此处的电压最大降为RI3=U3-Uref。如果这个电压值小于电压差U2-Uref，会阻断二极管D3，并且只有电流I2=I3流过该欧姆电阻。如果相反地大于，这表示，有U3-Uref>U2-Uref，因此U2<U3，将导通二极管D3，并且欧姆电阻R2两端所施加的电压为U2-Uref，即流过的电流I2=(U2-Uref)／R。在这两种情况下流过的电流I2都是对应于电压U2和U3中较小的值的，即I2=(min(U2，U3)-Uref)／R。
上述内容同样适用于二极管D2和欧姆电阻R1，即流过欧姆电阻R1的电流I1=(min(U1，min(U2，U3))-Uref)／R=(min(U1，U2，U3)-Uref)／R，其两端电压降为min(U1，U2，U3)-Uref。相应于最小单元电压min(U1，U2，U3)的通过T1的电流能够借助于分析电路28来分析。
图4示出了这种分析电路的一个实施例。待分析的电流I流入运算放大器30的反相输入端，其通过欧姆电阻R进行负反馈。运算放大器30的非反相输入端接地，其输出端与连接端32相连接，在连接端处能够读出测量信号。
在本发明的另一个实施例中，为了使构件达到上述的状态，能够用有源的整流器电路和放大器电路代替理想化的部件。
上述装置能够作为蓄电池管理单元的一部分而被使用，其监控蓄电池中各个蓄电池单元的单元电压，并避免蓄电池单元的深度放电。这种蓄电池管理单元能够用作蓄电池，特别是一种嵌入到机动车中的蓄电池的一部分。

Claims (11)

1.一种用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压(U1、U2、U3)中最小的单元电压的装置，其中，所述装置包括多个串联连接的欧姆电阻(R1、R2、R3)，其中，所述装置能够如此地与多个串联连接的蓄电池单元连接，使得蓄电池单元相应于串联电路与每个欧姆电阻(R1、R2、R3)相关联，并且其中，第一欧姆电阻(R3)被设置用于传导与所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压(U3)相对应的电流，所述第一欧姆电阻在所述串联电路中在所有其它的欧姆电阻(R1、R2)之前，其特征在于，
每个欧姆电阻(R1、R2、R3)中除所述第一欧姆电阻(R3)之外被设置用于传导相应于所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压(U1、U2)的电流和在所述串联电路中前一级的欧姆电阻(R2、R3)所传导的电流中的较小的电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述欧姆电阻(R1、R2、R3)中的每个具有相同的电阻值R。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，通过(U-△U)／R给定相应于单元电压(U)的电流，其中，△U为预先确定的电压。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置对于所述多个欧姆电阻(R1、R2、R3)中的每个还包括所属的三极管(T1、T2、T3)和所属的参考电压源(Uref，1、Uref，2、Uref，3)，以及对于除了第一欧姆电阻(R3)之外的多个欧姆电阻中的每个(R1、R2)还包括所属的二极管(D2、D3)，其中，所述每个二极管(D2、D3)的阴极能够分别和与所属的欧姆电阻(R1、R2)相关联的蓄电池单元的正极连接，所述每个二极管(D2、D3)的阳极与所属的欧姆电阻(R1、R2)的第一连接端相连接，每个欧姆电阻(R1、R2、R3)的第二连接端与所属的三极管(T1、T2、T3)的第一连接端相连接，所述每个三极管(T1、T2、T3)的控制连接端与所属的参考电压源(Uref，1、Uref，2、Uref，3)的正极相连接，所述每个参考电压源(Uref，1、Uref，2、Uref，3)的负极能够和与所属的欧姆电阻(R1、R2、R3)相关联的蓄电池单元的负极连接，所述第一欧姆电阻(R3)的第一连接端能够与所述相关联的蓄电池单元的正极连接，并且除了所述第一欧姆电阻(R3)之外的所述每个欧姆电阻(R1、R2)的第一连接端与配属于在所述串联电路中的前一级的欧姆电阻(R2、R3)的三极管(T2、T3)的第二连接端相连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述参考电压源(Uref，1、Uref，2、Uref，3)被设置用于分别提供相同的参考电压并且通过该参考电压给定所述预先确定的电压△U。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括分析电路(28)，所述分析电路包括通过电阻(R)进行负反馈的运算放大器(30)，所述运算放大器的反相输入端与在所述串联电路中配属于最后一级的欧姆电阻所述三极管(T1)的第二连接端相连接，所述运算放大器的非反相输入端接地并且所述运算放大器的输出端与测量连接端(32)相连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置如此地与多个串联连接的蓄电池单元相连接，使得蓄电池单元相应于所述串联电路与每个欧姆电阻(R1、...、Rn)相关联。
8.一种蓄电池管理单元，其具有根据权利要求7所述的装置。
9.一种蓄电池，其具有根据权利要求7所述的装置或者根据权利要求8所述的蓄电池管理单元。
10.一种机动车，特别是电动机动车，其具有根据权利要求9所述的蓄电池。
11.一种用于测量多个串联连接的蓄电池单元的单元电压(U1、U2、U3)中最小的单元电压的方法，其中，形成相应于第一蓄电池单元的单元电压(U3)的第一电流，所述第一蓄电池单元在串联电路中在所有其它的蓄电池单元之前，其特征在于，还将形成另外的电流，其中，每个另外的电流与蓄电池单元相关联，并且其中，每个另外的电流为相应于所述相关联的蓄电池单元的所述单元电压(U1、U2、U3)的电流和与所述相关联的蓄电池单元在所述串联电路中的上一级的蓄电池单元相关联的电流中的较小的电流。
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