CN104272551A

CN104272551A - 用于对蓄电池的充电进行管理的系统

Info

Publication number: CN104272551A
Application number: CN201380023898.8A
Authority: CN
Inventors: T·珀尚; Y·勒武尔克; A·圣-马尔库
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2015-01-07
Also published as: EP2831974B1; FR2988924B1; US9941721B2; US20150054470A1; WO2013144499A1; FR2988924A1; EP2831974A1

Abstract

本发明涉及一种用于对蓄电池(10)的至少一个电池单元(11)的充电进行管理的系统(50)，该系统包括：用于将所述电池单元(11)的端子处的电压(U)与一个阈值电压(Us)加以比较的两个分开的装置(110，121，122)；以及适配成用于对应地控制两个致动器(12，13，14)以便在该第一或第二比较装置检测出所述电池单元的端子处的电压超过该阈值电压时中断对该蓄电池的充电的两个分开的控制装置(122，221)。这些致动器中的一个致动器是由一个充电器(14)形成的，该充电器被连接到所述蓄电池上以便对所述多个电池单元再充电。

Description

用于对蓄电池的充电进行管理的系统

技术领域

本发明总体上涉及对蓄电池的充电。

更具体地讲，本发明涉及一种用于对蓄电池的至少一个电池单元的充电进行管理的系统，该系统包括：

-用于对所述电池单元的端子处的电压与一个阈值电压进行比较的一个第一装置，以及

-用于控制一个第一致动器以便在所述第一比较装置检测出所述电池单元的端子处的电压大于所述阈值电压时中断对该蓄电池的充电的一个第一控制装置。

背景技术

电驱动的机动车辆通常配备有一个专用的蓄电池(通常称作牵引电池)、以及由这个牵引电池供应电流的一个电动机。

这个牵引电池是由多个小尺寸的蓄电电池单元形成的，这些蓄电电池单元的数目被计算成使得该电动机可以产生足以在一个预定的持续时间上推进该车辆的扭矩和动力。

这些蓄电池电池单元通常是以一种特别紧凑的方式堆叠的、并且被容纳在一个气密密封的储存壳体中。

在对这些电池单元充电的过程中，发生的过电压则可能导致引燃蓄电池、或者甚至储存壳体爆炸。

当该机动车辆晚上在附连到住所的车库中充电时，这种过电压是特别危险的。

在这种情况下，已知的是提供一种如引言中限定的管理系统，该管理系统可以检测这样一种过电压并且然后停止对该蓄电池的充电。

国际标准ISO-26262允许通过一个ASIL系数将机动车辆上发生的事件的危险程度量化。因此，这个系数允许确定在住宅处未关断对蓄电池的充电而在电池单元过电压的情况下的风险。

当前，关于用于制造该管理系统的部件的失效风险，针对所讨论的事件，上述类型的管理系统获得了ASIL C系数。

然而，申请人希望进一步降低引燃这些蓄电电池单元的风险、并且因此获得更严格的ASIL D系数。不幸的是，即使申请人使用更可靠的部件，上述管理系统的架构都不允许获得这样的ASIL D系数。

发明内容

为了获得ASIL D系数，于是提出了一种如在引言中所限定的管理系统，其中：

-提供了用于对所述电池单元的端子处的电压与所述阈值电压进行比较的一个第二装置，该装置与所述第一比较装置是分开的，并且

-提供了与所述第一控制装置分开的并且适用于控制一个第二致动器以便在所述第二比较装置检测出所述电池单元的端子处的电压大于所述阈值电压时中断对该蓄电池的充电的一个第二控制装置。根据本发明，该第一致动器是由一个充电器形成的，该充电器被连接到所述蓄电池上以便对所述多个电池单元再充电。

因此，由于本发明，并列地使用两个分开的线路来测量、比较以及中断对该蓄电池的充电。于是，极不可能的是这两个线路中使用的组件会同时失效。因此，这样相当于降低了未检测出过电压和引燃蓄电池的风险。

根据本发明的管理系统的其他优点和非限制性特征如下：

-所述第二致动器包括至少一个继电器，该至少一个继电器被定位在该蓄电池的多个端子之中的一个端子与被连接到所述蓄电池上的充电器的多个端子之中的一个端子之间；

-所述第一控制装置和第二控制装置对应地是不同类型的一个第一微处理器和一个第二微处理器的一部分；在这种情况下应指出的是这些微处理器中一个和/或另一个微处理器可以是由更多的如微控制器一样的自主部件形成的；

-所述第一比较装置和第二比较装置对应地包括不同类型的一个第一模拟-数字接口和一个第二模拟-数字接口；

-所述第一模拟-数字接口使所述电池单元的端子处的电压数字化并且将该电压发送到一个比较器，该比较器对数字化的电压与该阈值电压进行比较；

-所述比较器是该第一微处理器的一部分；

-所述二模拟-数字接口适用于实施对所述电池单元的端子处的电压与该阈值电压进行模拟比较并且适用于根据所述比较的结果发送一个数字化的信号；

-所述第一致动器是与所述第二致动器分开的；

-所述第二致动器包括对应地定位在该充电器的两个端子与该蓄电池的两个端子之间的两个继电器。

具体实施方式

通过参考附图，通过非限定性举例的方式给出的以下说明将解释本发明的这些特征以及可以如何生产本发明。

在这个附图中，图1是一个动力系和一个用于对这个动力系的蓄电电池单元的充电进行管理的系统的示意图。

因此，图1示出了一个动力系1。

这个动力系1包括设计成用于推进一台机动车辆的一个电动机20、以及专用于给这个电动机20供应电流的一个牵引电池10。

这个牵引电池10包括一个储存壳体15和多个小尺寸的蓄电电池单元11，从该储存壳体显现相端子和中性端子两个端子16，该多个蓄电电池单元被容纳在储存壳体15内并且在牵引电池10的相端子与中性端子16之间是串联的。

在这种情况下，这些蓄电电池单元11是锂离子电池单元。一旦充好电，这些蓄电电池单元11各自在它们的端子处具有在3.5V和4.5V之间的一个电压。

为了图1的清晰性，仅示出了三个蓄电电池单元11。当然，牵引电池10将包括更多数目的蓄电电池单元。

蓄电电池单元11的数量则是计算成使得电动机20可以产生足以在一个预定的持续时间上推进该车辆的扭矩和动力。

典型地，使用一百个蓄电电池单元11将使得牵引电池10的相端子与中性端子16处的电压是大约400V。

此外，动力系1包括两个继电器12、13，这些继电器在牵引电池10与电动机20之间被对应地连接到牵引电池10的这两个相端子和中性端子16上。

这两个继电器12、13可以被控制在一个闭合状态(一般情况)和一个断开状态(有问题的情况)之间。

动力系1还包括一个充电器14，该充电器包括两个电流供应输入和两个输出端子。

这两个输出端子经由这两个继电器12、13对应地连接到牵引电池10的相端子和中性端子这两个端子16上。

因此，应理解的是断开这些继电器12、13允许在有问题的情况下停止对牵引电池10充电。

充电器14的这些输入中的一个输入被连接到可以插入一个电源插座的一个电插头30上。

当对牵引电池10进行充电时，在这些蓄电电池单元11的一个蓄电电池单元的端子处可能发生过电压。这样一个过电压则可能导致引燃牵引电池10。

为了防止这种引燃，于是提供了一个管理系统50，该管理系统允许一旦在这些蓄电电池单元11的一个蓄电电池单元的端子处检测到过电压就中断对牵引电池10的充电。

为了图1和本披露的清晰性，仅示出和描述这个管理系统50的仅应用于这些蓄电电池单元11中的一个蓄电电池单元的一部分。当然，这个管理系统50将以相同的方式应用于其他蓄电电池单元11。

根据本发明，为了防止在检测过电压过程中的任何失效，管理系统50是双备份的，在这个意义上该管理系统包括两条分开的线路100、200以便使所讨论的蓄电电池单元11的端子的电压U与一个阈值电压Us进行比较并且在过电压的情况下命令中断充电。

用于检测过电压的这些线路和这些致动器使用不同的技术以便防止系统崩溃。

这些线路是完全独立的以防止未检测到的崩溃能够同时影响这两条线路。

在这种情况下，阈值电压Us是4.2V。因此，一但所讨论的蓄电电池单元11的端子处的电压U超过4.2V就检测到过电压。

因此，第一线路100包括：

-用于测量所讨论的蓄电电池单元11的端子处的电压U的和用于对所测量的电压U与阈值电压Us加以比较的装置110、121，以及

-用于控制一个第一致动器以便在由这些装置110、121检测到过电压的情况下中断对牵引电池10充电的一个控制装置122。

更准确地讲，这条第一线路100包括两个电子部件，即一个模拟-数字接口110和一个微控制器120。

模拟-数字接口110适用于使所讨论的蓄电电池单元11的端子处测量的电压U数字化。在这种情况下，这个模拟-数字接口110是由MAXIM公司制造的一个MAX17830传感器形成的。因此，该模拟-数字接口在输入处测量所讨论的蓄电电池单元11的各端子处的电势并且在输出处以规则的间隔(在这种情况下是每10ms一次)发送包括电压U的数字化的值的一个信号S1。

微处理器120则具有两种功能。首先，该微处理器包括一种比较器功能121以便将由模拟-数字接口110发送的电压U与阈值电压Us加以比较并且如果在一个预定的持续时间(例如2ms)内检测到过电压就发送一个警告信号S2。该微处理器还包括一种控制功能122以便在过电压的情况下产生用于控制该第一致动器的一个信号S3。在这种情况下使用的微处理器120具有参考型号STM32F105RCT6并且是由ST MICROELECTRONICS公司制造的。

将指出的是管理系统50的这条第一线路100并不专用于监控这些过电压，而是其部件还可以用于其他目的、特别是用于确定该蓄电池的容量。

第二线路200包括：

-用于测量蓄电电池单元11的端子处的电压U并且使其与阈值电压Us进行比较的装置210，以及

-用于控制一个第二致动器以便在由该测量和比较装置210检测到过电压的情况下中断对牵引电池10充电的一个控制装置221。

更准确地讲，这条第二线路200包括两个电子部件，即一个模拟-数字接口210和一个微控制器220

模拟-数字接口210适用于实施将蓄电电池单元11的端子处测量的电压U与阈值电压Us加以模拟比较。在这种情况下，这个模拟-数字接口210是由TEXAS INSTRUMENTS公司制造的一个bq77PL660Q1传感器形成的。因此，该模拟-数字接口在输入处测量所讨论的蓄电电池单元11的每一个端子处的电势并且在过电压的情况下在输出处以规则的间隔(在这种情况下是每10ms一次)发送一个警告信号S4。

微处理器220具有一种控制功能221以便在一个预定的持续时间(在这种情况下2ms)内过电压的情况下产生用于控制该第二致动器的一个信号S5。在这种情况下使用的微处理器220具有参考型号MC9S12HZ256J3CAL并且是由INFINEON公司制造的。

将指出的是管理系统50的这条第二线路200专用于监测这些过电压，并且其部件因此不用于其他目的。

由这些微处理器120、220发送的控制信号S3、S5于是允许在蓄电电池单元11的端子间过电压的情况下中断对牵引电池10的充电。

为此，将这些控制信号S3、S5发送给所述第一致动器和第二致动器。

于是可以设想的是这些致动器例如是由该充电器合并和形成，该充电器于是将受到这两个微处理器控制以便停止对该牵引电池的充电。

然而，在这种情况下，为了进一步降低用于检测这些过电压以及用于停止对牵引电池10的充电的链路中的失效风险，这两个致动器是彼此分开的。因此，如果这些致动器之一失效，可以由另一个致动器来停止对牵引电池10的充电。

如图1中示出的，由管理系统50的第一线路100控制的第一致动器是由充电器14形成的。

由管理系统50的第二线路200控制的第二致动器是由这两个继电器12、13中的至少一个继电器形成的。在这种情况下，该第二致动器是由这两个继电器12、13形成的。

当蓄电池10在一个电源插座上充电时，管理系统50于是按以下方式起作用。

对于第一线路100，模拟-数字接口110以规则的间隔(在这种情况下每10ms一次)将蓄电电池单元11的端子处测量的电压U数字化并且然后给微处理器120发送信号S1。

微处理器120的比较器121然后在它每次接收信号S1时将测量的电压U与阈值电压Us进行比较。

当这个测量的电压U保持低于阈值电压Us时，比较器121不传送信号。

相反，如果比较器121检测到过电压，则该比较器发送警告信号S2以使得微处理器120发送用于命令充电器14停止的信号S3。

对于第二线路200，模拟-数字接口210连续地对蓄电电池单元11的端子处测量的电压U与阈值电压Us加以比较。

当这个测量的电压U保持小于阈值电压Us时，模拟-数字接口210不传送信号。

相反，如果模拟-数字接口210检测到过电压，则该模拟-数字接口以规则的间隔(在这种情况下每10ms一次)给微处理器220发送警告信号S4。当这个信号S4连续四次被接收到时(在2ms内)，则微控制器220发送用于命令继电器12、13断开的信号S5。

因此，该过电压不会持续超过足以导致引燃蓄电电池单元11的一个持续时间。

在管理系统50的这些线路100、200中一条线路的一个或另一个部件失效的情况下，该管理系统的另一条线路于是会单独地允许中断对牵引电池10的充电。

于是极大地降低了与充电器14相关联的路线100和与这些继电器12和13相关联的线路200同时失效的可能性。

充电器14根据国际标准ISO-26262正常地具有ASIL B系数，这意味着：

-其未检测到的失效风险小于10^-3FIT(测量一个部件运行每十亿小时的失效次数的单位)，并且

-对于所有的部件，对寻求目标没有影响的故障比例(SPFM)大于90％。

这些继电器13和14根据国际标准ISO-26262正常地具有ASIL B系数，这意味着：

-其未检测到的失效风险小于10^-3FIT，并且

对于选择用于线路100的部件，其失效风险总和小于9.10^-3FIT，使得与充电器14相关联的线路100获得小于10^-2FIT的失效风险。

同样，对于选择用于线路200的部件，其失效风险总和小于9.10^-3FIT，使得与这些继电器12、13相关联的线路200获得小于10^-2FIT的未检测到的失效风险。

线路100和其充电器14以及线路200和其继电器12、13的未检测到的同时失效的风险小于10^-4FIT。

由于这两个分支的独立性，由与充电器14相关联的线路100和与这些继电器12、13相关联的线路200构成的这个总系统的未检测到的失效风险小于10^-4FIT。

此外，线路100的部件被选择成使得对于整个线路100，对寻求目标没有影响的故障比例(SPFM)大于90％。

同样地，线路200的部件被选择成使得对于整个线路200，对寻求目标没有影响的故障比例(SPFM)大于90％。

由与充电器14相关联的线路100和与这些继电器12、13相关联的线路200构成的这个系统由于其两个分支的独立性而因此具有以下特征：

-对寻求目标没有影响的部件故障比例(SPFM)大于99％，并且

单独地或与这些部件之一的另一种故障相结合地对寻求目标没有影响的部件故障比例(LFM)大于90％。

根据国际标准ISO-26262，管理系统50则具有ASIL D系数，这展现了其可靠性。

本发明不以任何方式来受限于所描述和示出的实施例，但本领域的技术人员可以根据本发明的精神将其应用于任何替代方案。

特别地，可以设想的是，该第一线路控制断开这些继电器，而该第二线路控制停止该充电器。

此外可以设想的是，该第一线路的比较器(121)不是结合到微处理器中的，而是该第一线路形成了位于该模拟-数字接口与该微处理器之间的一个自主部件。

Claims

1.一种用于对蓄电池(10)的至少一个电池单元(11)的充电进行管理的系统(50)，该系统包括：

-用于对所述电池单元(11)的端子处的电压(U)与一个阈值电压(Us)进行比较的一个第一装置(110，121)，以及

-用于控制一个第一致动器(14)以便在所述第一比较装置(110，121)检测出所述电池单元(11)的端子处的电压(U)大于所述阈值电压(Us)时中断对该蓄电池(10)的充电的一个第一控制装置(122)，

-用于对所述电池单元(11)的端子处的电压(U)与所述阈值电压(Us)进行比较的一个第二装置(210)，该装置与所述第一比较装置(110，121)是分开的，以及

-与所述第一控制装置(122)分开的并且适用于控制一个第二致动器(12，13)以便在所述第二比较装置(210)检测出所述电池单元(11)的端子处的电压(U)大于所述阈值电压(Us)时中断对该蓄电池(10)的充电的一个第二控制装置(221)，

该系统的特征在于，所述第一致动器是由一个充电器(14)形成的，该充电器被连接到所述蓄电池上以便对所述多个电池单元再充电。

2.如权利要求1所述的管理系统(50)，其中所述第二致动器包括至少一个继电器(12，13)，该至少一个继电器被定位在该蓄电池(10)的多个端子中的一个端子与被连接到所述蓄电池(10)上的充电器(14)的多个端子中的一个端子之间以便对所述多个电池单元再充电(11)。

3.如前一权利要求所述的管理系统(50)，其中所述第一控制装置和第二控制装置(122，221)对应地是具有不同架构的一个第一微处理器(120)和一个第二微处理器(220)的一部分。

4.如以上权利要求之一所述的管理系统(50)，其中所述第一比较装置和第二比较装置对应地包括具有不同架构的一个第一模拟-数字接口(110)和一个第二模拟-数字接口(210)。

5.如前一权利要求之一所述的管理系统(50)，其中所述第一模拟-数字接口(110)使所述电池单元(11)的端子处的电压(U)数字化并且将该电压发送到一个比较器(122)，该比较器对数字化的电压(U)与该阈值电压(Us)进行比较。

6.如权利要求3-5所述的管理系统(50)，其中所述比较器(122)是该第一微处理器(120)的一部分。

7.如权利要求4-6之一所述的管理系统(50)，其中所述第二模拟-数字接口(210)适用于实施将所述电池单元(11)的端子处的电压(U)与该阈值电压(Us)加以模拟比较并且适用于根据所述比较的结果发送一个数字化的信号。

8.如以上权利要求之一所述的管理系统(50)，其中所述第一致动器(14)是与所述第二致动器(12，13)分开的。

9.如以上权利要求之一所述的管理系统(50)，其中所述第二致动器包括对应地定位在该充电器(14)的两个端子与该蓄电池(10)的两个端子之间的两个继电器(12，13)。