CN110326185A

CN110326185A - 双电压电池

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Publication number: CN110326185A
Application number: CN201880013562.6A
Authority: CN
Inventors: J·克里格; H-J·利布舍; S·坎特
Original assignee: Heila GmbH and Co KG
Current assignee: Heila GmbH and Co KG
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: EP3586422B1; WO2018153731A1; US20190379091A1; EP3586422A1; US11223075B2; DE102017103869A1; CN110326185B

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的双电压电池(1)，所述双电压电池具有接地点(11)，所述双电压电池具有多个电池单体，其中，串联地电路连接的电池单体的组(2、3)形成电池单体块(A1、A2、A3)，并且优选至少一个第一电池单体块(A1)与双电压电池(1)的接地点(11)持久地连接，所述双电压电池具有用于电池单体块(A1、A2、A3)的多个单体监视器(Z1、Z2、Z3)，其中，所述单体监视器(Z1、Z2、Z3)构成为用于监控由相应的电池单体块(A1、A2、A3)的各个电池单体提供的电压和/或流经相应的电池单体块(A1、A2、A3)的电池单体的电流，并且所述双电压电池具有多个功率开关元件(P1+、P2+、P2‑、P3+、P3‑、S1、S2、S3)，以用于选择性地并联和/或串联地连接所述电池单体块(A1、A2、A3)，其中，在第一连接布置中，所述电池单体块(A1、A2、A3)并联连接，并且在第一连接点上提供第一电压，并且在第二连接布置中，所述电池单体块(A1、A2、A3)以串联布置的方式连接，并且在第一连接点(4)上提供第一电压和/或在第二连接点(5)上提供第二电压，其中，所述单体监视器(Z1、Z2、Z3)经由数据导线装置(13)与双电压电池(1)的微控制器(12)连接，其中，在至少一些单体监视器(Z1、Z2、Z3)与微控制器(12)之间设有至少一个电压水平适配器，通过所述电压水平适配器用于输入电压信号，所述输入电压信号施加于所述电压水平适配器的与相关的单体监视器(Z1、Z2、Z3)相关联的输入端上并且所述输入电压信号在第一连接布置中和在第二连接布置中具有不同的电压水平。

Description

双电压电池

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的双电压电池，所述双电压电池具有接地点，所述双电压电池具有多个电池单体，其中，串联地电路连接的电池单体的组形成电池单体块，并且优选至少一个第一电池单体块与双电压电池的接地点持久地连接，所述双电压电池具有用于电池单体块的多个单体监视器，其中，所述单体监视器构成为用于监控由相应的电池单体块的各个电池单体提供的电压和/或流经相应的电池单体块的电池单体的电流，并且所述双电压电池具有多个功率开关元件，以用于选择性地并联和/或串联地连接所述电池单体块，其中，在第一连接布置中，所述电池单体块并联连接，并且在第一连接点上提供第一电压，并且在第二连接布置中，所述电池单体块以串联布置的方式连接，并且在第一连接点上提供第一电压和/或在第二连接点上提供第二电压。

背景技术

从DE 10 2013 113 182 A1中已知一种具有多个电池单体块的双电压电池，所述电池单体块在第一连接布置中在第一连接点上提供第一电压，以用于对第一组耗电器供电，并且所述电池单体块在第二连接布置中在第二连接点上提供第二电压，以用于对第二组耗电器供电。电池单体块经由一组功率开关元件被带入第一连接布置和/或第二连接布置中。根据功率开关元件的开关状态，这种双电压电池的电池单体块相互并联或串联连接。例如，双电压电池用于在唯一的车辆的12V车载网络中或48V车载网络中供能。这两个电压能够由双电压电池尤其是同时经由两个不同的连接点提供。

发明内容

本发明的目的是，为双电压电池提供一种单体监视器装置，所述单体监视器装置在不同的连接布置中同样允许：监控经由电池单体块提供的电压或流经电池单体块的电流并且集中地提供与此有关的信息。

为了实现所述目的，结合专利权利要求1的前序部分，本发明的特征在于，所述单体监视器经由数据导线装置与双电压电池的微控制器连接，其中，在至少一些单体监视器与微控制器之间设有至少一个电压水平适配器，通过所述电压水平适配器针对在电池单体块的第一连接布置和第二连接布置中的输入电压信号在间接地或直接地与微控制器连接的输出端上提供在预定的电压水平区间中的输出电压信号，所述输入电压信号施加于所述电压水平适配器的与相关的单体监视器相关联的输入端上并且所述输入电压信号在第一连接布置中和在第二连接布置中具有不同的电压水平，所述电压水平区间的区间宽度小于输入电压信号在第一连接布置与第二连接布置中的电压水平之间的差。

本发明的特殊的优点在于，通过设置电压水平适配器，所述单体监视器不仅能够在第一连接布置而且能够在第二连接布置中检测相应的电池单体块的各个电池单体的电压或流经电池单体的电流。所述检测就此而言与电池单体块的电压水平无关，所述电压水平至少对于各个电池单体块在电池单体块并联和串联连接时都有所不同。而在电池单体块并联连接时，存在始终相同的且低的电压，尤其是在不同的电池单体块上的第一电压，串联连接的电池单体块的电压累加引起，使得一起提供更高的并且尤其是第二电压。在串联布置中，不同的电池单体块因此处于不同的电压水平上。因此，设置用于监控电池单体块的单体监视器必须与微控制器共同作用地与相关联的电池单体块的电压水平无关地允许始终可靠的监控，并且将与此有关的信息提供给双电压电池的中央微控制器。

所述电压水平适配器构成为用于，转换由单体监视器提供的输入电压信号，并且在输出端提供输出电压信号，所述输出电压信号可以直接地或间接地提供给微控制器，并且可以由所述微控制器读入、解释或评估。当电压水平适配器直接与微控制器连接时，由所述微控制器直接评估所述输出电压信号。间接的评估规定，中间接入附加的组件、例如另一电压水平适配器或另一单体监视器。用于输出电压信号的电压水平区间在此选择为，使得在微控制器的方面能够在逻辑0与逻辑1之间进行区分。例如，在0V至0.6V的范围内的电压信号被解释为逻辑0，并且高于0.6V至约5V的电压水平被解释为逻辑1。

例如，可以将每个电池单体块与单体监视器相关联，并且可以将每个单体监视器与电压水平适配器相关联。由此确保：信号由每个单体监视器转换并且尤其是相同地处理。例如，通过设置电压水平适配器能够引起信号的运行时间变化，并且通过为每个单体监视器设置电压水平适配器能够实现信号的相等处理。尤其是预防了在通过微控制器接收时信号的顺序的反转。

根据本发明的一种优选的实施方式，可以为与电池单体块相关联的每个单体监视器设有电压水平适配器，所述电池单体块不与双电压电池的接地点持久地连接。有利地，因此获得特别成本有利的解决方案，因为电压水平适配器的数量保持为低的并且对于下述电池单体块或与所述电池单体块相关联的单体监视器省去电压水平适配器，所述电池单体块在所述第一连接布置中和在所述第二连接布置中具有相同的电压水平或者与双电压电池的接地点连接。

根据本发明的一种进一步改进方案，第一电池单体块的单体监控器经由数据导线装置电容性地或电流地与微控制器连接。可以设有电容性的或电流的连接，因为所述双电压电池的第一电池单体块在第一连接布置和第二连接布置中设置在相同的电压水平上。

根据本发明的一种进一步改进方案，所述数据导线装置根据网络的类型构成。为了使微控制器与单体监视器通信，于是例如设有总线数据导线。替选地，数据导线装置可以设有引导至微控制器的第一导线和引导至微控制器的第二导线，其中，经由第一导线和第二导线将电压差提供给微控制器，并且从所述电压差中确定输出电压信号或关于电池单体块的状态的信息。

所述微控制器根据本发明可以与双电压电池单义地相关联。所述微控制器可以设置在双电压电池的壳体中或设置在所述壳体外部。

根据本发明的一种进一步改进方案，可以将具有电感去耦的转换器设置作为电压水平适配器，其中，所述转换器设有与微控制器连接的微控制器绕组和与单体监视器连接的单体监视器绕组。所述转换器可以构成为变压器。

根据本发明的一种进一步改进方案，可以将多个单体监视器与一个共同的转换器相关联。所述共同的转换器具有多个单体监视器绕组，其中，每个单体监视器与所述共同的转换器的至少一个单体监视器绕组共同作用。此外，所述共同的微控制器绕组设置用于转换器的至少两个单体监视器绕组和优选所有单体监视器绕组。有利地，所述通过共同的转换器和共同的微控制器绕组获得紧凑的结构，并且由此产生小的结构空间需求和/或成本优势。

根据本发明的一种进一步改进方案，作为电压水平适配器设有具有电流耦合的电平转换器电路。所述电平转换器电路设置在两个电池单体块之间，这两个电池单体块在第二连接布置中彼此相邻。有利的是，借助于电平转换器电路提供电流耦合与相对低的成本相关联。

根据本发明的一种进一步改进方案，所述电平转换器电路设有用于从单体监视器到微控制器的信号传输的第一电路路径和用于从微控制器到单体监视器的信号传输的第二电路路径。由此有利地能够分开调整用于在两个电路路径中的信号传输的电压水平。

电平转换器电路根据本发明的一种进一步改进方案可以构成为集成电路。例如，电平转换器电路可以实现为相关联的单体监视器的一部分，并且尤其在空间上集成到单体监视器中。同样地，电平转换器电路的分立的结构和/或其空间上分离的实施方式根据本发明也是可能的。

根据本发明的一种进一步改进方案，在第二连接布置中，多于两个的电池单体块彼此串联连接。在此，在各两个在第二连接布置中相邻的电池单体块之间始终设有一个电压水平适配器。优选地，所有电压水平适配器都构成为在结构上相同的。通过提供电压水平适配器的在结构上相同的实施方案能够获得成本优势。此外，所述电压水平适配器的规则的布置是有利的。简化了经由数据导线装置的通信和安装或装配。

根据本发明的一种进一步改进方案，信号的传输在微控制器上进行或者将信号从微控制器到单体监视器的传输级联为，使得仅第一电池单体块经由数据导线装置直接与微控制器共同作用，并且所有其它电池单体块或与其相关联的单体监视器经由第一电池单体块与微控制器通信。其它电池单体块就此而言仅间接地与微控制器共同作用或仅间接地与微控制器连接。

根据本发明的一种进一步改进方案，在电平转换器电路的第一电压路径中设有第一开关模块，所述第一开关模块具有：至少一个开关元件、与所述开关元件相关联的开关输入端和信号输出端。根据在开关元件的开关输入端上施加的输入端开关信号，所述至少一个开关元件设置在第一开关状态中或第二开关状态中。在所述开关元件的不同的开关状态下，第一开关模块的一个或多个电阻器以这样的方式不同地电路连接，使得在开关元件的第一开关状态下在第一开关模块的信号输出端上的电压水平(参照在第一开关模块的两个电压端子上的相等的差分电压)不同于在第二开关状态下所述信号输出端的电压水平。类似地，可以在电平转换器电路的第二电压路径中设有第二开关模块，所述第二开关模块同样具有至少一个开关元件、与所述开关元件相关联的开关输入端和信号输出端。根据在所述开关元件的开关输入端上施加的输入端开关信号，第二开关模块的开关元件设置在第一开关状态中或第二开关状态下，并且第二开关模块的一个或多个电阻器根据开关状态不同地电路连接，使得(参照在第二开关模块的两个电压端子上的相同的差分电压)在第二开关模块的第二信号输出端上的电压水平根据开关元件的开关状态是不同的。有利地，通过针对电平转换器电路的不同的电压路径设置第一开关模块和/或第二开关模块，能够个性化地并且根据需要地调整电压水平。例如，考虑将晶体管或数字晶体管、MOSFET或其它可控的半导体开关元件作为开关元件。

从其它从属权利要求和以下说明中，能够得知本发明的其它优点、特征和细节。在该处所提到的特征可以分别单独地或者也以任意组合的方式对于本发明是重要的。附图仅用于示例性地阐明本发明，而不具有限制性特征。

附图说明

以下借助于附图更详细地阐述本发明。在此：

图1示出根据本发明的双电压电池的原理图，所述双电压电池具有多个电池单体块，所述电池单体块可以在第一连接布置或第二连接布置中彼此电路连接；

图2示出用于在第二连接布置中的双电压电池的多个与电池单体块相关联的单体监视器的第一电路配置；

图3示出用于在第二连接布置中根据图1的双电压电池的单体监视器的第二电路配置；

图4示出根据图3的开关装置的开关模块Z的细节视图；

图5示出根据图3的开关装置的开关模块Y的细节视图；和

图6示出在第一连接布置中的根据图3的双电压电池的单体监视器的电流配置。

具体实施方式

根据图1的双电压电池1总计包括八个电池单体块A1、A2、A3、C、D，这些电池单体块分别通过多个串联地电路连接的、未单独示出的电池单体形成。在总计八个电池单体块A1、A2、A3、C、D中，第一电池单体块A1、第二电池单体块A2以及第三电池单体块A3形成第一组2的电池单体块A1、A2、A3。两个第四电池单体块C、D以及在根据图1的原理电路图中隐藏设置的具有三个另外的、未单独示出的电池单体块的第二组3而与第一组2的电池单体块A1、A2、A3并联地电路连接。

电池单体块A1、A2、A3、C、D与作为功率开关元件的并联连接开关P1+、P2+、P2-、P3+、P3-和串联连接开关S1、S2、S3相关联。将功率开关元件P1+、P2+、P2-、P3+、P3-、S1、S2、S3与电池单体块A1、A2、A3、C、D如此地相关联，使得在双电压电池1的第一连接布置中，所有电池单体块A1、A2、A3、C、D彼此并联地电路连接。因此，第一组2的电池单体块A1、A2、A3的第一电池单体块A1、第二电池单体块A2和第三电池单体块A3彼此并联。此外，第二组3的电池单体块的电池单体块彼此并联以及与第一组3的电池单体块A1、A2、A3的电池单体块A1、A2、A3并联。这两个组2、3的电池单体块A1、A2、A3又与第四电池单体块C、D并联地电路连接。在第一连接布置中，在双电压电池1的第一连接点4上提供第一电压。

在第二连接布置中，第一组2的电池单体块A1、A2、A3的第一电池单体块A1、第二电池单体块A2和第三电池单体块A3彼此串联地或者说顺序排列地电路连接。同样地，第二组3的电池单体块的电池单体块彼此顺序排列地电路连接。在第二连接布置中，在双电压电池1的第二连接点5上提供第二电压。由于电池单体块A1、A2、A3的串联布置，第二电压高于第一电压。

可选地，在第二连接布置中，附加地可以在第一连接点4上提供第一电压。这两个第四电池单体块C、D和可选地另附加地第一组2的电池单体块A1、A2、A3的第一电池单体块A1以及第二组3的电池单体块的相对应的第一电池单体块用于提供第一电压。

例如，由双电压电池1参照接地点11，在第一连接点4上提供12V的第一电压和/或在第二连接点5上有效地(标称36V)提供48V的第二电压。双电压电池1可选地与起动发电机6相关联。起动发电机6可以选择性地经由第一功率开关元件7在第一电压下或者经由第二功率开关元件8在第二电压下连接。所述起动发电机6能够由双电压电池1运行或者在发电机模式中使用，以便将制动能转换成电能并且馈送到双电压电池1中。

在双电压电池1的第一连接点4上连接有至少一个第一耗电器9，所述第一耗电器在第一电压下运行。在双电压电池1的第二连接点5上可以以类似的方式连接有至少一个第二耗电器10。第二耗电器10在第二电压下运行。

双电压电池1的不同的电池单体块A1、A2、A3、C、D根据本发明与用于监控电池单体块的单体监视器Z1、Z2、Z3相关联，所述单体监视器为了清楚性而未在根据图1的原理图中示出。

图2示出第一组2的电池单体块A1、A2、A3在第二连接布置中的电池单体块A1、A2、A3，在所述第二连接布置中所述电池单体块A1、A2、A3彼此串联地电路连接。同样示出与电池单体块A1、A2、A3相关联的单体监视器Z1、Z2、Z3以及双电压电池1的微控制器12。所述微控制器12经由数据导线装置13与单体监视器Z1、Z2、Z3连接。在单体监视器Z1、Z2、Z3与微控制器12之间，还设置有作为电压水平适配器的变压器14、15、16或者说具有电感去耦的转换器。变压器14、15、16分别具有与单体监视器Z1、Z2、Z3相关联的单体监视器绕组和与单体监视器绕组共同作用的、与微控制器12相关联的微控制器绕组。在微控制器侧，变压器14、15、16与第一导线17以及第二导线18相关联，所述第一导线和第二导线被引导至微控制器12并且构成为数据导线装置13的一部分。

单体监视器Z1、Z2、Z3构成为用于监控由相关联的电池单体块A1、A2、A3的各个电池单体提供的电压或流经相应的电池单体块A1、A2、A3的电池单体的电流。单体监视器Z1、Z2、Z3将关于电压或电流的信息传输给微控制器12，所述微控制器就此而言存在关于电池单体块A1、A2、A3的按照规定的功能或缺陷的信息。在这种情况下，输出信号从单体监视器Z1、Z2、Z3到达作为电压水平适配器起作用的变压器14、15、16。单体监视器Z1、Z2、Z3的信号在那里作为输入电压信号施加并且根据绕组配置转换成输出电压信号，所述输出电压信号位于预定的电压水平区间中。输出电压信号经由具有第一导线17和第二导线18的数据导线装置13到达微控制器12。所述微控制器12评估在导线17、18之间的电压差。

在根据图2的电池单体块A1、A2、A3的串联布置中，第一电池单体块A1接地。所述第一电池单体块提供12V的标称电压，所述标称电压用作为第二电池单体块A2的基准电压。第二电池单体块A2又再提供12V的标称电压，使得第三电池单体块A3存在24V并且又再提供12V的标称电压。因此，在第一组2的电池单体块A1、A2、A3上存在36V的标称电压(有效：48V)。而从与第一电池单体块A1相关联的单体监视器Z1的方面，将在0V和5V之间的信号电压提供作为用于相关联的变压器14的输入电压信号，作为用于与第二电池单体块A2相关联的单体监视器Z2的变压器15的输入电压信号存在以一个偏移量12V更高的电压、亦即12V至17V的电压。以类似的方式，在与第三电池单体块A3相关联的单体监视器Z3的变压器16上存在24V至29V。现在变压器14、15、16构成为，使得在微控制器绕组上分别提供0V至5V的输出电压信号作为用于微控制器12的输入信号。例如，从微控制器12的方面，在0V至0.6V的范围内的电压被解释为逻辑0并且解释为对电池单体块A1、A2、A3的不正确的运行模式的指示，并且在0.6V或更大的范围内的输入电压解释为逻辑1并且解释为对电池单体块A1、A2、A3按照规定地工作的指示。

根据按照图3至图6的本发明的一个替选的实施方式，将电平转换器电路19设置为电压水平适配器，所述电平转换器电路与数据导线装置13一起用于连接所述单体监视器Z1、Z2、Z3与微控制器12。所述单体监视器Z1、Z2、Z3与微控制器12的通信就此而言电流耦合地进行。

在根据图3的第一组2的电池单体块A1、A2、A3的电池单体块A1、A2、A3的串联布置中，在第一电池单体块A1与第二电池单体块A2之间以及在第二电池单体块A2与第三电池单体块A3之间设有各一个电平转换器电路19。此外，设有从与双电压电池1的接地点11持久连接的第一电池单体块A1到微控制器12的数据导线20。在微控制器12与单体监视器Z1、Z2、Z3之间的信号传输在此经由两个分开的电路路径进行。第一电路路径用于从单体监视器Z1、Z2、Z3到微控制器12的信号传输，而第二电路路径用于从微控制器12到单体监视器Z1、Z2、Z3的信号传输。电平转换器电路19可以分立地构成或者通过集成电路形成，所述集成电路例如也可以在空间上集成到单体监视器Z1、Z2、Z3本身中。

在电平转换器电路19的第一电压路径中，为了从单体监视器Z1、Z2、Z3到微控制器12的通信，设有两个结构上相同的第一开关模块Z。所述第一开关模块Z在图4中详细示出。所述第一开关模块包括：开关元件21，所述开关元件优选构成为晶体管或数字晶体管；与开关元件21相关联的开关输入端22；以及信号输出端23。在第一开关模块Z上还设有两个电压端子24、25。

实现从微控制器12到单体监视器Z1、Z2、Z3的信号传输的第二电路路径设有两个结构上相同的第二开关模块Y。第二开关模块Y在图5中详细示出。所述第二开关模块Y设有两个开关元件26、27，所述开关元件分别具有与开关元件26、27相关联的开关输入端28、29。此外，设有信号输出端30。此外，对于第二开关模块Y形成两个电压端子31、32。

为了根据图3的电池单体块A1、A2、A3的串联电路连接，对于第一电压路径(从单体监视器Z1、Z2、Z3到微控制器12的信号传输)，在第一开关模块Z的电压端子24、25或第二开关模块Y的电压端子31、32上的电压差分别为24V标称。在单体监视器Z1、Z2、Z3上分别存在12V的电压差，其中，与第一电池单体块A1相关联的第一单体监视器Z1在0V与12V之间标称地工作，与第二电池单体块A2相关联的第二单体监视器Z2在12V与24V之间标称地工作，并且与第三电池单体块A3相关联的第三单体监视器Z3在24V与36V之间标称地工作。

以位于第二电池单体块A2和第一电池单体块A1之间的电平转换器电路19为例，下面将分别对于第一电路路径和第二电路路径示例性阐述在串联布置中的电压水平适配器的运行模式。在这里假设：用于每个单体监视器Z1、Z2、Z3的通信的端口被设计为用于相对于低的供电电压的0V至5V的电压范围。因此，用于第二单体监视器Z2中的第一信号路径的信号为12V或17V——根据分别要传输的位(Bit)。对于输出信号，必须传输0V至5V的电压水平区间，以便使这能够经由微控制器12或第一单体监视器Z1来评估。类似地，在0V至5V的范围内的微控制器信号经由第二电路路径转换为在12V至17V的范围内的用于第二单体监视器Z2的信号。

来自第二单体监视器Z2的信号位于12V或17V的范围内。所述信号经由开关输入端22与第一开关模块Z相关联，其中，第一开关模块Z的开关元件21构成为PNP晶体管，所述PNP晶体管在进入逻辑0时以导通的方式接通。因为在串联布置(第二连接布置)中的电压端子24、25上存在24V的电压差，所以只要晶体管21导通，就能够经由用于两个电阻器33、34的分压器分接5V的信号。如果晶体管21不导通，那么在信号输出端23上存在0V_。在这里要注意的是，在开关输入端22上的逻辑1的情况下，开关元件21被禁用并且因此在信号输出端23上存在逻辑0(0V)。在开关输入端22上的逻辑0的情况下，晶体管21导通并且在信号输出端23上存在逻辑1。因此，第一开关模块Z具有反相特性。

对于第二电路路径，在串联配置中，第二开关模块Y的第二开关元件27被禁用。就此而言，在第二开关输入端29上持久地存在逻辑0。在串联配置中，仅第二开关模块Y的第一开关输入端28用于进行切换或传输。在第一开关元件26的开关输入端28上的逻辑0的情况下，第一开关元件26禁用。然后，在信号输出端30上存在下述电压，所述电压在考虑电压端子31、32上的电压的情况下仅经由分压器产生，所述分压器经由电阻器35、36、37形成。在开关输入端28上的逻辑1的情况下，开关元件26被导通，并且在信号输出端30上的电压经由通过电阻器36、37、38形成的分压器以及并联地电路连接的、不可切换的电阻器35限定。电阻器35、36、37、38在此选择为，使得在开关元件26禁用时，设定大约17V的输出电压，并且在开关元件导通时，设定接近12V的输出电压。

设置在第三电池单体块A3与第二电池单体块A2之间的电平转换电路19的配置被选择为模拟的。电路路径以及第一开关模块Z和第二开关模块Y以相同的方式构造。功能和信号传输在如下前提下同样地进行：在根据图3的串联电路装置中，用于第二单体监视器的电压水平为12V至24V标称，并且用于第三单体监视器的电压水平为24V和36V标称，以及在电压端子24、25、31、32上的电压水平为12V至36V标称，亦即存在24V的电压差。所述开关模块Z、Y的开关输入端22、28、29以及信号输出端23、30分别比上文讨论的配置高12V。

从微控制器12到第一电池单体块A1的信号传输仅经由总线数据导线20进行。从微控制器12传输到第二电池单体块A2的信号经由第一电池单体块A1并且从该处经由电平转换器电路19的第一开关模块Z传输到第二电池单体块A2。从微控制器12到第三电池单体块A3的信号传输经由第一电池单体块A1、第一开关模块Z、第二电池单体块A2、以及另一个第一开关模块Z直至第三电池单体块A3实现。

以类似的方式，从电池单体块A1、A2、A3到微控制器12的信号传输以这样的方式级联为，使得从第三电池单体块A3将信号经由第二开关模块Y传输到第二电池单体块A2并且从该处经由另外的第二开关模块Y传输到第一电池单体块A1。从第二电池单体块A2将信号经由第二开关模块Y传输到第一电池单体块A1并且从该处传输到微控制器12。从第一电池单体块A1到微控制器12的传输经由数据总线20进行。

在根据图6的第一组2的电池单体块A1、A2、A3的电池单体块A1、A2、A3的并联配置中，所有单体监视器Z1、Z2、Z3以及开关模块Z、Y在12V的电压差下位于0V和12V之间。第一开关模块Z的运行模式在这里类似于之前的视图。然而，在信号输出端23上存在0V或约2.5V的电压。然而，在电压水平中的差异足够大，使得由单体监视器Z1、Z2、Z3的输入端口以及由微控制器12在逻辑0与逻辑1之间进行区分。

对于第二开关模块Y，在并联配置中，第一开关元件26持久地导通连接，并且第二开关元件27被操纵。在第二开关输入端29上的逻辑0的情况下，第二开关元件27被禁用，并且在电阻器39上的电压降对信号输出端30没有影响。而如果第二开关元件27在输入端29上的逻辑1的情况下导通，那么信号输出端30经由电阻器39共同确定。电阻器35、36、37、38以及仅在并联配置中重要的电阻器39被选择为，使得在晶体管27被禁用时，标称地设定5V的输出电压，并且在晶体管27被导通时，标称地设定0V的输出电压。在这里，第二开关模块Y同样具有反相特性。在晶体管的输入端29上的逻辑1引起在输出端30上的逻辑0，或者在输入端29上的逻辑0引起在输出端30上的逻辑1。

相同的构件和构件功能通过相同的附图标记表示。

附图标记列表：

1 双电压电池

2 电池单体块的组

3 电池单体块的组

4 连接点

5 连接点

6 起动发电机

7 功率开关元件

8 功率开关元件

9 消耗器

10 消耗器

11 接地点

12 微控制器

13 数据导线装置

14 变压器

15 变压器

16 变压器

17 导线

18 导线

19 电平转换器开关

20 数据总线

21 开关元件

22 开关输入端

23 信号输出端

24 电压端子

25 电压端子

26 开关元件

27 开关元件

28 开关输入端

29 开关输入端

30 开关输出端

31 电压端子

32 电压端子

33 电阻器

34 电阻器

35 电阻器

36 电阻器

37 电阻器

38 电阻器

39 电阻器

A1 电池单体块

A2 电池单体块

A3 电池单体块

C 电池单体块

D 电池单体块

P1+ 功率开关元件

P2+ 功率开关元件

P2- 功率开关元件

P3+ 功率开关元件

P3- 功率开关元件

S1 功率开关元件

S2 功率开关元件

S3 功率开关元件

Y 开关模块

Z 开关模块

Z1 单体监视器

Z2 单体监视器

Z3 单体监视器

Claims

1.一种用于车辆的双电压电池(1)，所述双电压电池具有接地点(11)，所述双电压电池具有多个电池单体，其中，串联地电路连接的电池单体的组(2、3)形成电池单体块(A1、A2、A3)，并且优选至少一个第一电池单体块(A1)与双电压电池(1)的接地点(11)持久地连接，所述双电压电池具有用于电池单体块(A1、A2、A3)的多个单体监视器(Z1、Z2、Z3)，其中，所述单体监视器(Z1、Z2、Z3)构成为用于监控由相应的电池单体块(A1、A2、A3)的各个电池单体提供的电压和/或流经相应的电池单体块(A1、A2、A3)的电池单体的电流，并且所述双电压电池具有多个功率开关元件(P1+、P2+、P2-、P3+、P3-、S1、S2、S3)，以用于选择性地并联和/或串联地连接所述电池单体块(A1、A2、A3)，其中，在第一连接布置中，所述电池单体块(A1、A2、A3)并联连接，并且在第一连接点上提供第一电压，并且在第二连接布置中，所述电池单体块(A1、A2、A3)以串联布置的方式连接，并且在第一连接点(4)上提供第一电压和/或在第二连接点(5)上提供第二电压，其特征在于，所述单体监视器(Z1、Z2、Z3)经由数据导线装置(13)与双电压电池(1)的微控制器(12)连接，其中，在至少一些单体监视器(Z1、Z2、Z3)与微控制器(12)之间设有至少一个电压水平适配器，通过所述电压水平适配器针对在电池单体块的第一连接布置和第二连接布置中的输入电压信号在间接地或直接地与微控制器(12)连接的输出端上提供在预定的电压水平区间中的输出电压信号，所述输入电压信号施加于所述电压水平适配器的与相关的单体监视器(Z1、Z2、Z3)相关联的输入端上并且所述输入电压信号在第一连接布置中和在第二连接布置中具有不同的电压水平，所述电压水平区间的区间宽度小于在第一连接布置与第二连接布置中的输入电压信号的电压水平之间的差。

2.根据权利要求1所述的双电压电池(1)，其特征在于，为不与双电压电池(1)的接地点(11)持久地连接的电池单体块(A2、A3)的每个单体监视器(Z2、Z3)设有电压水平适配器。

3.根据权利要求1或2所述的双电压电池(1)，其特征在于，所述数据导线装置(13)根据网络的类型构成，并且为了微控制器(12)与单体监视器(Z1、Z2、Z3)通信而设有总线数据导线，和/或所述数据导线装置(13)设有引导至微控制器(12)的第一导线(17)和引导至微控制器(12)的第二导线(18)，其中，在微控制器(12)上提供在导线(17、18)之间的电压差，以用于评估所述输出电压信号。

4.根据权利要求1至3之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，所述第一电池单体块(A1)的单体监控器(Z1)经由数据导线装置(13)电容性地或电流地与微控制器(12)连接。

5.根据权利要求1至4之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，作为电压水平适配器设有具有电感去耦的转换器，其中，所述转换器具有与微控制器(12)直接地或间接地连接的微控制器绕组和与单体监视器(Z1、Z2、Z3)共同作用的单体监视器绕组。

6.根据权利要求5所述的双电压电池(1)，其特征在于，作为所述转换器设有变压器(14、15、16)。

7.根据权利要求5或6所述的双电压电池(1)，其特征在于，至少为多个单体监视器(Z1、Z2、Z3)设有一个共同的转换器，其中，所述共同的转换器具有多个单体监视器绕组，其中，每个单体监视器(Z1、Z2、Z3)与至少一个单体监视器绕组共同作用，并且一个共同的微控制器绕组设置用于至少两个单体监视器绕组。

8.根据权利要求1至4之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，作为电压水平适配器设有具有电流耦合的电平转换器电路(19)，所述电平转换器电路设置在两个在第二连接布置中彼此相邻的电池单体块(A1、A2、A3)之间。

9.根据权利要求8所述的双电压电池(1)，其特征在于，所述电平转换器电路(19)设有用于从单体监视器(Z1、Z2、Z3)到微控制器(12)的信号传输的第一电路路径和用于从微控制器(12)到单体监视器(Z1、Z2、Z3)的信号传输的第二电路路径。

10.根据权利要求8或9所述的双电压电池(1)，其特征在于，所述电平转换器电路(19)构成为集成电路，并且可选地实现为相关联的单体监视器(Z1、Z2、Z3)的一部分，或者所述电平转换器电路(19)分立地构建。

11.根据权利要求8至10之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，在所述第二连接布置中多于两个的电池单体块(A1、A2、A3)彼此串联电路连接，并且在两个相邻的电池单体块(A1、A2、A3)之间分别设有一个电平转换器电路(19)，其中，所有电平转换器电路(19)在结构上相同地构成。

12.根据权利要求8至11之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，所述微控制器(12)经由数据导线装置(13)直接地与第一电池单体块(A1)连接，并且不持久地与双电压电池(1)的接地点(11)连接的所有电池单体块(A2、A3)经由第一电池单体块(A1)间接地与微控制器(12)连接。

13.根据权利要求9至12之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，在所述电平转换器电路(19)的第一电压路径中设有第一开关模块(Z)，所述第一开关模块具有至少一个开关元件(21)、与所述开关元件(21)相关联的开关输入端(22)和信号输出端(23)，和/或在所述电平转换器电路(19)的第二电压路径中设有第二开关模块(Y)，所述第二开关模块具有至少一个开关元件(26、27)、与所述开关元件(26、27)相关联的开关输入端(28、29)和信号输出端(30)，其中，根据在开关元件(21、26、27)的开关输入端(22、28、29)上施加的输入端开关信号，开关元件(21、26、27)设置在第一开关状态中或第二开关状态中，并且在不同的开关状态下所述第一开关模块(Z)和/或第二开关模块(Y)的至少一个电阻器(33、34、35、36、37、38、39)不同地电路连接，使得在开关元件(21、26、27)的第一开关状态下在第一开关模块(Z)和/或第二开关模块(Y)的信号输出端(23、30)上的电压水平不同于在第二开关状态下所述信号输出端(23、30)的电压水平。

14.根据权利要求8至13之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，参照所述第一开关模块(Z)的两个电压端子(24、25)和/或参照所述第二开关模块(Y)的两个电压端子(31、32)，在第一开关模块(Z)上和/或在第二开关模块(Y)上在第二连接布置中存在比在第一连接布置中更大的电压差。

15.根据权利要求1至14之一所述的双电压电池(1)，其特征在于，由电压水平适配器针对第一输入电压信号提供在第一电压水平区间中的第一输出电压信号，并且针对不同的第二输入电压信号提供在不同的第二电压水平区间中的第二输出电压信号。