CN106340686A - 在牵引电池的电池模块之间定位电池模块的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在牵引电池(10)的彼此电连接的多个电池模块(12)之间对电池模块(12)进行定位的方法，该方法具有以下特征：相对于这些电池模块(12)共同的参考电势(14)实时测量在这些电池模块中的每个电池模块处的电势；使用这些电势减法地计算在这些电池模块(12)之间的电压；由这些电压推导出对于这些电池模块(12)的位置关系；使用模块控制器(16)调取待定位的该电池模块(12)两端下降的电压，该模块控制器被单一地表示在该牵引电池(10)内；并且基于在该牵引电池(10)内的位置关系使用所调取的电压和经计算的电压对该电池模块(12)进行定位。本发明还提供了相应的设备(10)、相应的计算机程序和相应的存储介质。

Description

在牵引电池的电池模块之间定位电池模块的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在牵引电池的彼此电连接的多个电池模块之间对电池模块进行定位的方法。此外，本发明涉及相应的设备、相应的计算机程序并且还涉及相应的存储介质。
背景技术
用于在电驱动车辆中的牵引电池的模块的控制系统是已知的。在这种情况下，每个模块可以具有一个模块控制器，该模块控制器监测例如对于电池单体的温度和电压的数据并且经由总线系统将这些值发送至中央电池控制器。
当模块控制器与电池控制器通信时，它们可以使用单一的地址、标示(ID)或代码。这个地址、ID或代码可以稳固且单一地与一个模块位置相关联，并且具有这种单一设计使得在车辆中的电池控制器的总线中不会出现具有相同地址、ID或代码的两个模块控制器。例如，已知的解决方案是通过在所有存在或产生的模块之间为单一的地址来实现的；有效的示例可以是在计算机网络中的MAC地址。
US 20100182154A1描述了一种电池控制系统，其中，每个电池模块都具有一个模块控制器，该模块控制器确定例如电压和温度的电池单元数据并且经由总线系统将所述电池单元数据发送至中央电池控制器。这些单独的控制器使用第二总线系统将ID信息发送至电池控制器。使用数据和ID信息的结合来确定模块的安装位置。
US 20140272500A1描述了借助于电池模块的电磁活动来确定这些电池模块的缺陷位置的可能性。在这种情况下，目的是使在这些模块处的控制器确定电磁活动并且使用总线系统将所述电磁活动转发至中央电池控制器。
US 20100250043A1描述了一种可充电的电池系统。具体地讲，该发明讨论了对例如温度和电压的电池单体的数据的测量。
US 20120244398A1描述了一种电池系统，其中，单独的模块控制器是经由总线系统连接的并且可以彼此交换数据。
US 20140045004A1披露了一种电池控制系统，其中，每个模块都在其上具有一个控制器，该控制器测量该模块的电压并且经由总线系统将所述电压发送至中央电池控制器。
US 20140062385A1描述了一种电池安全系统，该电池安全系统旨在将未授权的访问报告给电池模块。为此目的，每个电池模块都配备有一个监测单元，该监测单元经由总线系统将信息发送至中央控制单元。
发明内容
本发明基于以下认识：电池控制器的电池单体模块的无问题的更换需要该车辆的任意其他的中央控制器或车载诊断装置(OBDC或OBD)识别该模块。特别地，如果电池控制器在电池单元模块中检测出问题、故障或任意其他事件，则这个电池单元模块需要被识别和替换。常规的电池控制器可以将这个问题与该电池单元模块的地址、标示或代码联系起来，但没有与安装位置联系起来。
因此，本发明提供了根据独立权利要求的一种方法、一种相应的设备、一种相应的计算机程序还以及一种相应的存储介质，该方法用于在牵引电池的彼此电连接的多个电池模块之间对一电池模块进行定位。
根据本发明，电池单元模块的地址、ID或代码因此指明了安装位置。这要求这些模块既不-电子地或机械地(例如为防止在工厂中的不正确安装)-单独用于在电池中的每个安装位置(这将导致大量不同部件和小的批量)，也不以复杂的方式在装配之后独立编程以使得相应模块的安装位置能以对应关联的地址、ID或代码来核对。
为此，每个电池单元模块-也就是说其电子构件-将其本身在所有电池单元模块的复合体中的电位置(或者中央控制器将所关联的电池单元模块的电位置)指配给各个地址、ID或代码。因此，在电池箱中的空间位置也是已知的，而无需每此都在电池单元模块地址、ID或代码与在电池中的相关空间位置之间-例如，作为表格-进行详尽的核对。然而，于是需要使有故障倾向的高压缆线的路径被选择为横向于电池通向每个电池单元模块以用于测量相应的电池单元模块的电势。与例如在电池中的通信总线中的导体相比、以及例如与任意电池连端接相比的高压可能导致安装故障和短路。
根据本发明，可以例如通过测量电池的负极的电势来确定电位置。一般地，还可以测量在电路中的任意点-倘若不使用产生比电池单元模块电压更高的电压的变压器来产生所述点-的电势，因为每个电池单元模块都跨越固定的电势范围，该固定的电势范围通常不与其他电池单元模块的电势范围重叠。
然而在此应该注意的是，高压系统和因此电池模块总体上与电池的其余部分电流隔离。因此，用于测量每个模块的电势的共用基准点是至关重要的。
本领域技术人员可能想要例如经由连接在整个电池的负极的导线来为每个电池单元模块提供参考电势点。这将由电池自身产生基准并且规避与低压系统的电流隔离的问题。然而，于是必须使有故障倾向的高压缆线的路径选择为横向于电池引导至每个电池单元模块以用于测量相应的电池单元模块的电势。在最高的电池上，电压偶然地达到差不多800V。
通过本发明有利地避免了这种方法的危险。具体地，本发明省却了额外的高压线，在该额外的高压线中可能的绝缘损坏可能导致严重事故并且导致电弧的引发。
从属权利要求中指明了本发明的进一步的有利改进。
附图说明
在附图中示出了本发明的一个示例性实施例并且以下对其进行更详细的说明。
图1示出了第一实施例的简化电路图。
图2示出了本发明的第二实施例的电路图。
具体实施方式
可以根据本发明以多种方式完成对每个电池单元模块的电势的不是无问题的测量，现在将参照图1来检验这些方式中的第一种方式。例如，所述图仅示出了单个电池模块12，然而，该单个电池模块经由高压线连接至前一个模块30和后一个模块32。
在这种安排中，本发明使用的情况是，尽管在典型的牵引电池10中的电流隔离装置中存在至少一个至低压侧的电容耦合件，例如低压车载供电系统运行在该低压侧上，并且尤其总线系统20也运行在该低压侧上，该总线系统提供从装备有相应的总线接收器34的各个电池模块12到电池控制器和/或其他模块36的通信。
根据本发明，因为所有的电势测量基本上是同时执行的，在这种情况下，低压侧的各个不同的点提供了充分的参考电势14。
可以在下一个步骤中借助于所有电池模块12的电势的成对的相减来确定这些电池模块12之间的电压。电压值形成了最小差的电池模块12可以在第一逼近/近似中视为直接电相邻。
此外，模块控制器16或电池控制器通常使用适当的测量线22和温度传感器24，从而也测量所有电池单体18的温度和电压，并且可以与电势信息一起精确地确定电池模块12的电连接关系。
每个电池模块12自身可以对其自己的电势执行电势测量，并且电子地与其他电池模块12交换值和/或将其发送至电池控制器。
因为不总是希望或者不能总是坚持精确地同时测量(尤其是在车辆工程中可能遇到的条件下)，优选地使用低通滤波器28，该低通滤波器用缓慢的时间常数消除了在电池模块本身的电势与在低压侧上的基准电势14之间的电压差，使得前述同时性条件弱化或变得完全不相干。
对于实施方案的决定性方面是对基准电势的选择：因为典型的牵引电池10专门地具有可用的低压网络的少量电气部分，甚至车身也有意地被屏蔽并且在基准电势处的分离的电线是有问题的，这种选择证明对本发明是重要的。
可购买到的电池模块12通常具有电流方面/DC的电势隔离装置38。在罕见的情况下，它被定位得更接近于电池控制器。在这个电势隔离装置38处，用于与其他电池模块12和/或与电池控制器通信的电子总线系统20遇到相应的电池模块12。在这个位置处，可以有利地针对总线系统20的电势执行对电池模块12的电势的测量。
图2展示了本发明的特别有利的实施例，该实施例使用的情况是，在许多电动车辆中，对地绝缘监控器40连续地监测在该一个或多个高压系统与(例如由车身形成的)低压侧之间是否存在导电连接并且因此连续地监测电势隔离装置38是否被损坏。与明显的误解相反，可购买到的对地绝缘监控器40偶然地将假定的电流隔离移除至一种程度使按本发明的测量无论如何是可能的。
许多对地绝缘监控器40使用以下两个原理之一，这两个原理均允许根据本发明对电势的测量：
作为一个选项，对地绝缘监控器40在高压部分与低压部分之间建立固定的(但阻抗极高并因此通常不被检测到的)电势联系或电势关系，并且由此识别电势隔离件38的损坏，即对地绝缘监控器40必须要提供电流以便维持这种电势联系。这种电势联系还可以随时间改变，例如遵循正弦曲线。更加经常的，低压部分相比之下以随时间的高度稳定性保持接近于高压侧的电势的平均值。
替代地，对地绝缘监控器40可以通常以随时间改变的方式允许非常小的电流从低压侧流动至高压侧和/或回流，并且可以测量电势联系以便检查在这两者之间是否存在导电连接。
在两种情况下，对地绝缘监控器40产生用于根据本发明的测量的稳定参考电势14。具体地，因此也限定了总线系统20的电势，该电势是用于测量的优选参考电势14。
与参考电势14的选择无关，为提出的测量应用以下考虑：
因为模块控制器16的A/D输入端(可以为此目的使用这些输入端)不允许高压并且还不允许电池模块12与低压部分的电势隔离38，可以用多种方式测量电池模块12的电势。
例如，使用电阻分压器将在该电势与参考电势14之间的电压差降低至低电压值。所以该电阻分压器不触发对地绝缘监控器40，其应该具有高阻抗设计使得来自在电池模块12的电池单体18上的所有电势测量的所有补偿电流/贯穿电流大大地小于对地绝缘监控器40的触发电流阈值。
有利地，使用隔离放大器或模拟信号分配器用于测量。这允许了维持电流隔离。
此外，低通滤波器28是可取的，因为在牵引电池10中的大电流意味着电磁干扰可能非常高。
此外，如果实际上用于与其他电池模块12和/或与电池控制器通信的电的总线系统20被用作参考电势14，则应该考虑以下方面：
通常，总线系统20是具有至少两根线以减少干扰的差分总线系统20。
优选地，应该不仅仅使用总线系统20的一根线，而是应该将对于所有线形成平均值以及用作参考电势14。
因为关于每个电池模块12的相应的电势的信息与其自身的地址、ID、代码等等和通常的电池单体18的电压一起从电池模块12发送至电池控制器和/或其他的控制器，例如OBD单元，例如，这个单元还已知相应的电势以及与这些地址、ID或代码的关联。可以使用关于电势的信息来确定功率件的完整电气布线。
因为功率部件在牵引电池10中的电气布线是通过牵引电池10的设计来规定的，具有确定的地址、ID或代码的电池模块12的空间位置是已知的而不需要执行将地址、ID或代码的表格与电池模块12的空间位置进行复杂的手工核对。
因为关于电池单体18的电压的以及关于电势的信息可以结合，此外可以确定矛盾之处。例如，电池模块12的电势可以表示明显的差异。因为电池模块12的其余部分的电势应该近似均匀地、并且等距地分配在整个牵引电池10的电压上，无论如何，可以识别显著高于电池单体18的电压的差异。
此外，可以记录关于时间的信息。因为，在首先接通和执行位置检测时，这些位置是已知的，并且不需要假定存在另一个位置而无需开启车辆，此外甚至在多个电压传感器失效的情况都可以检测电池模块12的电池单体18中的故障。
优选地，确定在电池模块12中的互连的电池单体18中的电力最负的点的电势。所述最负的点(通常与相应的电池模块12的负极一起)还在典型的牵引电池10中被用作整合在电池模块12中的各个模块控制器16的接地电势。
替代地，将还可以使用任意其他的点(例如在电池单体18之一上的分接头)，因为各个电池模块12都包括专用的具体电势范围，该专用的具体电势范围通常与相邻电池模块12的特定电势范围不重叠。

Claims (10)

1.一种用于在牵引电池(10)彼此电连接的多个电池模块(12)之间对电池模块(12)进行定位的方法，
其特征在于：
-相对于电池模块(12)共同的参考电势(14)实时测量这些电池模块(12)中的每个电池模块处的电势，
-由这些电势相减计算出在这些电池模块(12)之间的电压，
-由这些电压推导出对于这些电池模块(12)的位置关系，
-借助于该牵引电池(10)内单一表征的模块控制器(16)调取在待定位的该电池模块(12)上下降的电压，并且
-根据调取的电压和经计算的电压按照在该牵引电池(10)内的位置关系对该电池模块(12)进行定位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
-这些电池模块(12)各自包括多个电池单体(18)，并且
-通过借助于模块控制器(16)调取该电池模块(12)的每个电池单体(18)的电压来调取在电池模块(12)上下降的电压。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
-所述模块控制器(16)是在多种信号技术方面通过牵引电池(10)的总线系统(20)连接的模块控制器(16)之一，该模块控制器(16)分别配属于一个电池模块(12)，并且
-该总线系统(20)规定了该参考电势(14)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
-该总线系统(20)还将电池模块(12)连接至牵引电池(10)的电池控制器，并且
-通过电池控制器计算电压、推导出位置关系、调取电压或定位电池模块(12)。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：
-通过配属于相应的电池模块(12)的电压测量装置(26)测量电势，以及
-该电压测量装置(26)通过低通滤波器(28)将电势报告给相应的模块控制器(16)。
6.如权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于：
-对地绝缘监控器(40)监测在该电池模块(12)与该总线系统(20)之间的直流的电势隔离(38)，并且
-该对地绝缘监控器(40)限定了参考电势(14)。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，存储以及在需要时为了在电池模块(12)之间对另一电池模块(12)进行定位而调取电池模块(12)的位置关系。
8.一种设备(10)，该设备尤其用于执行如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于：
-用于相对于牵引电池(10)的彼此电连接的多个电池模块(12)共同的参考电势(14)、在这些电池模块(12)的每个电池模块处测量电势的装置，
-用于由这些电势相减计算在这些电池模块(12)之间的电压的装置，
-用于由这些电压推导出电池模块(12)的位置关系的装置，
-用于借助于模块控制器(16)调取在这些电池模块(12)之间待定位的电池模块(12)上下降的电压的装置，该模块控制器(16)在该牵引电池(10)内单一地表征，以及
-用于按照在该牵引电池(10)内的位置关系根据所调取的电压和经计算的电压对该电池模块(12)进行定位的装置。
9.一种计算机程序，该计算机程序被设置成执行如权利要求1至7之一所述的方法的所有步骤。
10.一种机器可读的存储介质，该机器可读的存储介质具有存储在其上的如权利要求9所述的计算机程序。
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