CN103931046B - 用于监控电池组的方法 - Google Patents

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Abstract

用于监控电池组（10）的方法以及用于执行该方法的电池组（10）被提出。所述电池组（10）包括多个电池（12、14、16），其中与所述电池（12、14、16）中的至少两个接触地分别布置有用于记录该电池（12、14、16）的参数的至少一个电子单元（30），所述电子单元与中心接收器（22）处于通信中，其中至少一个电子单元（30）记录至少一个特征参数并且将所述特征参数转交给所述中心接收器。

Description

用于监控电池组的方法
技术领域
本发明涉及一种用于监控电池组的方法以及一种被构造用于执行该方法的电池组。
背景技术
多个通常同样的原电池的联接被称为电池组。该电池组是电化学蓄能器和能量转换器并且被设置用于输出电能。在电池组中，在放电时所存储的化学能通过电化学反应被转换为电能。电池组的可以并联或串联或混合连接的电池被布置成所谓的模块。一个或多个该模块串联或并联地构成电池组。
在所谓的电池中，在不可再充电的一次电池和可再充电的二次电池之间进行区分。可再充电的电池组也被称为具有蓄电池单元的蓄电池。在下文中，电池组不仅被理解为不可再充电的电池组而且被理解为可再充电的电池组。
在机动车中，一方面所谓的起动器电池组被用于为内燃机的起动机提供电流，该起动器电池组例如作为铅蓄电池被构造。除了起动机的供电之外，该电池组也为车辆中的其它的耗电器供电。为了起动内燃机，短时间地需要高的电流，所述电流即使在低的温度下也必须被提供。另一方面，电池组在机动车中、在所谓的电动车辆和混合动力车辆中被用作用于驱动车辆的能量源。这些电池组也被称为牵引电池组。
无论如何需要的是，定期地或甚至连续地监控车辆中的电池组的功能能力，以便保障机动车的安全的运行。为此记录电池组的特征参数或运行参数、诸如端电压、温度、压力、特别是电池内部压力、电流、阻抗等等。
要注意的是，在用于混合动力和电动车辆的蓄电池模块的结构中，直至100个或更多单独的电池被联接并且共同地被包装。在此，迄今只从每个电池测量电压。但是其它的特征参数、诸如温度只在蓄电池模块的电池的小部分中被测量。理想地，至少每个电池的温度应该在运行中单独地被测量。然而，这将意味着很高的敷设电缆花费。
由文献WO 2009/149690 A1已知一种具有电池组电池的电池组和一种用于监控该电池组的方法。该电池组在此具有多个串联的电池组电池堆，其中电池组电池堆可以具有唯一的电池组电池或由并联的电池组电池构建。传感器监控各个电池组电池的充电状态。所描述的电池组被分配电荷平衡装置（cell balancing（电池平衡）），该电荷平衡装置具有各个电池组电池的允许的充电状态的目标值表格。根据充电状态，电荷平衡装置改变电荷状态。当达到各个电池组电池的充电状态的目标值时，电池组电池的电荷平衡被中断。在每个电池组电池上布置有电荷平衡线路的抽头，其中电荷平衡线路在电缆束中被联合并且被引向所设置的电池监控模块，所述电池监控模块在其侧具有传感器和电池监控电路，其中电池监控的这些组件共同地在电荷平衡装置中、空间上与电池组电池分离地被布置。
发明内容
在该背景下，根据权利要求1的用于监控电池组的方法和具有权利要求9的特征的电池组被提出。扩展方案由从属权利要求和说明书得出。
所提出的方法因此用于记录特别是用于混合动力或电动车辆的蓄电池模块中的电池温度测量的、例如蓄电池模块中的参数、诸如测量参数或特征参数或物理参数。因此各个参数、诸如电池温度的检测在包括很多电池的模块中在没有单独地敷设电缆的情况下能够被实现。这节省成本并且因此能够实现至今由于成本原因未被执行的单个电池温度测量。
在此与电池中的至少两个接触地分别设置有用于记录参数的至少一个电子单元。这意味着，在扩展方案中电子单元与电池中的每个接触地被布置。替代地可以规定，在电池组的每个模块中电子单元与各一个电池接触地被布置。于是模块的数量对应于电子单元的数量。在扩展方案中，模块中的每个可以被分配至少一个电子单元。与电池接触地被布置意味着，该电子单元被布置在所分配的电池中或上、经常直接地或邻近地被布置在所分配的电池上。
电子单元分别记录电池的至少一个参数，其中所述电子单元被分配给所述电池。这可以意味着，每个电子单元仅仅记录所分配的电池的参数。因此所记录的参数中的每个仅仅给出关于所分配的电池的状态的信息。
在一种特别的实施方案中，具有特别是热振荡器的电子单元、例如微芯片、特别是CMOS芯片被布置在每个电池中或上或附近，用于测量参数、特别是温度测量。这些电子单元在扩展方案中只被连接到电池的已经存在的电流端子（极）上，以便被供应能量。振荡器的频率特别是依赖于温度。因此振荡器将温度转化为成比例的频率。在相同的温度下，所有的振荡器在所有的电池中以相同的频率振动。
通过依赖于温度的频率或（可切换地或可接入地）依赖于电压的频率或固定频率的耦合输入与温度和/或电压测量值到供电线路上的调制，测量参数被传输到中心控制设备。为了区分不同的电子单元，依赖于测量值的频率可以与明确的标记或ID结合、例如被调制。该ID可以例如由电池或还有所分配的单元的序列号或在最终测量时所烙印的8位字组成。在控制设备中，测量信号例如通过傅里叶分析又被分离并且被分析。
温度信息的传送例如通过由每个电子单元导致的该振荡电感或电容耦合输入到共同的电源上来实现。例如通过蓄电池包的母线连接在与电子单元相同的电源上并且与这些电子单元处于通信中的中心接收器（微芯片）又将振动耦合输出、分析所述振动并且例如通过标准传感器接口将测量值转交给该控制设备。替代地，该接收器也可以直接被布置或集成到例如电池组的该控制设备中。
分析在扩展方案中通过A/D转换与接着的傅里叶分析来实现。因为所有的振荡将叠加并且分配将是不可能的，所以每个电子单元配备自己的ID、例如在最终测量时所烙印的8位字。该ID通过电子单元被调制到振荡频率上。由此在较低频率处出现差拍，该差拍不仅依赖于ID而且依赖于载频，其中该载频依赖于温度。这允许将测量值明确地分配给电子单元。只需确定频率，幅度没有任何影响。由此该方法对干扰很不敏感。
在一种替代的实施方案中，分析借助传感器测量值到固定频率上的调制并且该信息在接收器中的解调来实现。该固定频率可以或者通过电子单元中的石英参考或者通过来自从例如控制设备中的接收器传输给电子单元的频率信号的时钟恢复来确定，这特别是在双向的通信中是适宜的。
替代地或补充地，各个电子单元也可以通过集成的能量供应或集成的能量采集器（Harvester）来供应能量并且于是根本不必拥有端子。信号传输于是例如经由无线电来实现。能量采集被理解为从源、如环境温度、震动等等获得少量电能。
替代或补充于温度测量，其它的特征参数或测量参数、诸如电池内部压力、电池电压、电池电流、电池阻抗等等也可以被测量并且被调制到振荡上。
本发明至少在所述实施方案中的多个中具有显著的优点：
能够实现蓄电池包中的每个电池温度的单个测量，这可以是100或更多，而无需附加的布线。这导致显著的成本节省。
热振荡器遭受很小的批量偏差。由此无需调整。不同的ID只须仅仅以电气方式、在没有受约束的温度并且没有测量的情况下被烙印在带上。这同样导致显著的成本节省。
因为不使用复杂的传输协议，而是仅仅耦合输入振动，所以电子单元是小的并且成本低的。
不需要用于由电池连接电子单元的执行。由此导致成本节省和提高的可靠性。
所提出的方法和被示出的测量装置基本上可以被用于所有的应用，在这些应用中很多特征参数、诸如温度在运行中必须被测量并且单独敷设电缆将导致高的成本。特别适宜的是在电动车辆的电池组中的使用。
如果电子单元只测量温度，那么电池电压的测量此外可以在模块控制设备中实现。如果电子单元也执行电池电压测量，那么在模块中可以放弃控制设备并且只还需每个电池组构建一个控制设备。
电子单元的其它的可选的功能可以是所谓的电池平衡。在此通过被集成在电子单元中的晶体管和电阻，电池组电池的所定义的放电电流被抽取。这可以或者通过控制设备的双向的通信或者由电子单元本身来触发。于是不需要双向的通信。
电子单元可以拥有待机模式，在该待机模式中电流消耗被降低并且可以或者通过控制设备的双向的通信被置于该状态下或者自主地从由发动机和/或逆变器导致的存在于电流线路上的干扰中识别机动车的运行状态。
任意的测量参数（电压、温度、电流、压力、……）可以或者被转换为频率并且通过耦合输入到母线或供电线路上被传输给控制设备（多个参数通过轮流的传输）或者作为数字值与电子单元的ID一起附加地被调制到振荡上。
可选的双向的通信可以类似于电子单元与控制设备的通信来实现，在该控制设备中从电子单元发出的频率利用指令被调制并且被发回给该电子单元。原则上，通信可以双向或单向地实现。作为通信路径，原则上可以使用被设置在电池组中的母线。这些母线因此不仅用于供电而且用作通信路径。
本发明的其它优点和扩展方案由说明书和附图中得出。
易于理解的是，上面所提到的和下面还要解释的特征可以不仅以分别所说明的组合，而且以其它的组合或单独地被使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
图1示出所描述的电池组的一种实施方案。
图2以图表示出所描述的传输方法的一种实施方案。
图3示出具有分布式控制系统的电池组包的示意性的构造。
具体实施方式
本发明借助一种实施方式在附图中示意性地被示出并且随后参考附图详细地被描述。
在图1中以示意图示出了电池组的一种实施方案，该电池组整体上以附图标记10来表示。在该电池组中布置有一系列的电池，由于清楚明了的原因只示出了其中的第一电池12、第二电池14和第三电池16。此外，在电池组10中设置有控制设备20，在该控制设备中又布置有中心接收器22。
为了提供通过电池12、14、16所转换的电能，母线24和26被设置为供电线路，所述供电线路在电池组10的端子28上提供电能。为此母线24和26分别与电池12、14和16连接。此外，控制设备20通过母线24和26与电池12、14和16连接，因此控制设备20可以测量电池组总电压并且可选地被供应电能。
此外，在电池12、14和16中的每个电池中分别布置有电子单元30，该电子单元例如被构造为传感器并且用于记录所分配的电池12、14或16的至少一个参数或特征参数。例如可以分别以ASIC来实施的这些电子单元30同样通过母线24和26被供电并且将所记录的特征参数或测量参数或所记录的参数通过母线24和26转交给控制设备20中的中心接收器22。这些参数可以以载频被传输。参数的传送在此可以通过振荡的电感耦合输入来实现，所述振荡由电子单元30提供。
在所示出的实施方案中，中心接收器22在控制设备20中被实施。替代地，该中心接收器22也可以被布置在控制设备之外并且可以被分配给该控制设备或者也可以被分配给多个控制设备。此外，在所示出的实施方案中，电子单元30与母线24、26连接以便为该电子单元供电并且用于转交所记录的数据。替代地，电子单元30也可以分别拥有自己的能量供应。在该情况下，所记录的数据也可以无线地、例如通过无线电被转交给中心接收器22。无论如何，至少一个电子单元30与中心接收器处于通信中。
此外要注意的是，在图1中所示出的实施方案中，电子单元30分别被布置在所分配的电池12、14或16中。替代地可以规定，电子单元30被布置在所分配的电池12、14或16上或附近。无论如何，电子单元30与所分配的电池12、14或16处于接触中。在一种实施方案中，所分配的电子单元在有些电池12、14或16的情况下可以被布置在所分配的电池12、14或16中并且在其它的电池12、14或16的情况下可以被布置在这些电池12、14或16上。布置的选择也可以根据要记录的特征参数来进行。
电池12、14和16在图1中所示出的实施方式中串联地被布置。在一种替代的实施方案中，电池12、14和16相互并联地被布置。
在图2中以图表再现了一种可能的传输方法。在该图表中，在横坐标31上画上了频率并且在纵坐标32上画上了傅里叶分析中的幅度。第一条形图34被分配给第一电子单元并且第二条形图36被分配给第二电子单元。第一双箭头38示出由于温度并且因此由电子单元所提供的信号的温度依赖性而导致的变化。第二双箭头40示出由于电子单元的不同的ID而导致的变化。这示出，两个条形图34和36在整个温度范围内不重叠并且因此总是可以将条形图并且因此频率信息明确地分配给相应的电子单元。
波形括号42阐明来自ID和载频的差拍。第三条形图44示出振荡的波谱，该振荡依赖于温度和载频。在此要注意的是，在所有电池的相同的温度下电子单元的所有信号重叠。这可以通过中心接收器中的低通滤波器被滤出。
在图3中以示意图阐明了具有分布式控制系统的电池组包的构造。该图示出第一控制设备50、第二控制设备52、第三控制设备54和第四控制设备56。控制设备50、52、54和56相互连接。这些控制设备50、52、54和56中的每一个被分配给例如包含多个电池的模块。所有模块一起构成电池组。
此外，该图示出中心控制设备58，该中心控制设备与第四控制设备56连接。以该方式，中心控制设备58从所有控制设备50、52、54和56获得信息或数据。该布置是所谓的“分布式系统（Distributed System）”或“菊花链（Dasy Chain）”。
在一种替代的实施方案中，该中心控制设备58也可以直接与所有控制设备50、52、54和56连接。

Claims (13)

1.用于监控电池组（10）的方法，所述电池组包括多个电池（12、14、16），其中与所述电池（12、14、16）中的至少两个接触地分别布置有用于记录该电池（12、14、16）的参数的至少一个电子单元（30），所述电子单元与中心接收器（22）处于通信中，其中至少两个电子单元（30）记录至少一个参数并且将所述参数转交给所述中心接收器（22），为了记录温度，所述电子单元（30）中的至少一个包括热振荡器，通过将所述热振荡器的依赖于温度的频率耦合输入到供电线路上，将所述参数传输到所述中心接收器（22）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数以载频被传输。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述参数的传送通过由所述电子单元（30）所提供的振荡的电感耦合输入来实现。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少一个所记录的参数在该参数被转交给所述中心接收器（22）之前与ID结合。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所转交的参数的分析借助傅里叶分析来实现。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电池组（10）的母线（24、26）被用于转交所述参数。
7.电池组，具有多个电池（12、14、16），其中与所述电池（12、14、16）中的至少两个接触地分别布置有用于记录该电池（12、14、16）的参数的至少一个电子单元（30），所述电子单元与中心接收器（22）处于通信中，为了记录温度，所述电子单元（30）中的至少一个包括热振荡器，通过将所述热振荡器的依赖于温度的频率耦合输入到供电线路上，将所述参数传输到所述中心接收器（22）。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中至少一个电子单元（30）分别被布置在所述电池（12、14、16）中的至少两个之内。
9.根据权利要求7或8所述的电池组，其中所述中心接收器（22）在所述电池组（10）的控制设备（20、50、52、54、56）中被实施。
10.根据权利要求7或8所述的电池组，其中至少两个电子单元（30）通过所述电池组（10）的电池（12、14、16）的母线（24、26）与所述中心接收器（22）连接。
11.根据权利要求7或8所述的电池组，其中至少两个电子单元（30）拥有自己的能量供应。
12.根据权利要求7或8所述的电池组，其中至少两个电子单元（30）中的至少一个被构造用于执行电荷平衡。
13.根据权利要求7或8所述的电池组，其中至少两个电子单元（30）中的至少一个被构造用于执行电池平衡。
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