CN110832689A - 用于电池系统的主控制设备 - Google Patents

Abstract

一种具有多个连接到Can总线的电池(103，104，105，106)的电池系统(100)，其中，所述多个电池(103，104，105，106)分别包括电池管理系统，其中，该电池管理系统分别具有能够充当主控制设备的至少一个主组件(214)，其特征在于，所述主组件之一确定充当中央主控制设备，其中，该中央主控制设备接管车辆控制设备、所述多个电池以及高电流总线之间的通信。

Description

用于电池系统的主控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于电池系统的主控制设备。

背景技术

文献DE 102012000585 A1描述一种用于具有多个电池模块的机动车的电池装置，其中，每个电池模块与相应的控制单元耦合，并且在相邻的电池模块之间分别设有用于电耦合的高压线路，其中，控制单元分别构造成通过该高压线路进行数据交换。

文献DE 102014200111 A1描述一种电池管理系统，该电池管理系统用于监测和调节包括多个电池的能够再充电的电池的运行，该电池管理系统包括控制设备单元、用于将电池与用电器装置电分离的分离单元、分别可分配给至少一个电池单元的多个电池单元监测单元、用于发送和接收数据的通信系统。

本发明的任务是将具有不同电压值的电池连接到高电流总线上。

发明内容

电池系统具有连接到Can总线的多个电池。所述多个电池分别包括一个电池管理系统，其中，电池管理系统分别具有可充当主控制设备的至少一个主组件。根据本发明，主部件中的一个确定用于充当中央主控制设备。该中央主控制设备接管车辆控制单元、多个电池以及高电流总线之间的通信。

在此的优点是，将不同的电池相对于车辆控制单元呈现为大的电池，由此不必为不同的电池的联接而专门地设计电池系统。

在一种扩展方案中，所述多个电池具有不同的电压值。

在此的优点是，不需要单独的匹配电路用以将电池接入到高电流总线上。

在另一构型中，物理上作为第一个连接到Can总线的电池实施中央主控制设备的功能。

在此的优点是简单的布置。

在一种扩展方案中，实施中央主控制设备的功能的电池的电压值接近0V。

在此有利的是，空电池也可以接管中央主控制设备的功能。

在另一构型中，实施中央主控制设备的功能的电池实施成未接入到高电流总线。

在此的优点是，由于限制而自身不能连接到高电流总线上的电池仍可以接管车辆控制单元、多个电池与高电流总线之间的通信。

在一种扩展方案中，中央主控制设备设置用于将多个电池连接到高电流总线。

在此有利的是，Can总线上的数据量少。

电动车辆包括如上所述的电池系统。在一种特别有利的实施方案中，电动车辆是电动两轮车、尤其踏板车。

其他优点从实施例的以下描述或由从属权利要求中得出。

附图说明

以下根据优选的实施方式和附图来阐述本发明。附图示出：

图1示出具有两个用电器的电池系统；

图2示出图1的电池系统的局部视图；

图3示出用于将电池接入到高电流总线的方法。

具体实施方式

图1示出电池系统100、车辆控制设备101、Can总线102、高电流总线109和例如两个用电器——电机107和充电设备108。这意味着，Can总线102和高电流总线109是车辆系统的一部分并与电池系统100连接。电池系统100包括多个电池103、104、105和106。在此示例性地示出四个电池103、104、105和106。电池103、104、105和106以及用电器107和108通过Can总线102与车辆控制设备101物理地连接。因此可以将所有Can信号发送到所有已连接的电池103、104、105和106以及用电器107和108。电池103、104、105和106能够借助继电器110、111、112和113和/或预充电电路而与高电流总线109连接。在此，预充电电路分别与单个继电器110、111、112和113并联连接。预充电电路分别包括开关和预充电电阻的串联电路。高电流总线尤其具有48V电压。可以将其他用电器连接到Can总线102和/或高电流总线109上。附加地，也可以连接反馈组件如发电机。

图2示出电池系统200和车辆控制单元201。电池系统200涉及图1中的电池系统100的局部视图，该电池系统200具有三个电池203、204和205。图1中的Can总线和高电流总线未示出、但是存在于电池系统200中。每个电池203、204和205分别具有一个电池管理系统。每个电池管理系统包括实施从功能(Slave-Funktion)的从组件215、216和217。术语“从功能”在此理解为确定相应的电池的电池参数(例如充电状态、老化状态、内部电阻和当前可用容量)的功能。每个电池管理系统附加地具有实施或可实施主功能的主组件214。如果电池管理系统实施主功能，则电池管理系统215、216和217接管对于高功率总线的主控制设备的任务。因此涉及临时激活的或虚拟的中央主控制设备。在每个电池203、204和205中能够激活一个或多个主功能的实施，但是不能同时激活。优选地由如下电池接管临时主控制设备的作用：在时间上看该电池能够在Can总线上最先可供使用。换句话说，主控制设备的作用仅取决于电池到Can总线的连接。因此，空电池或由于限制而不能够向高电流总线供电或不能够从高电流总线取电的电池也可以接管主控制设备的作用。

这意味着，在电池系统200的运行期间，车辆控制设备201仅与临时主控制设备进行通信。临时主控制设备与连接到Can总线的所有电池203、204和205以及其他用电器(例如电机或充电设备)进行通信。电池203、204和205的所有从组件都与临时主控制设备直接进行通信。换句话说，车辆控制设备201在运行中不需要与单个电池203、204和205直接进行通信。如果存在其他用电器，则临时主控制设备的任务也可以由其他用电器的控制设备来接管。

如果临时主控制设备在电池系统的运行中发生故障，则临时主控制设备的作用可以由任何其他电池或任何其他连接在CAN总线上的控制设备(例如由用电器的控制设备)接管。

从组件和主组件可以作为软件实施。

临时主控制设备在电池系统中接管不同的任务——例如电池203、204和205到高电流总线的接入开通(Zuschaltfreigabe)或允许的总电流的确定。

在接入开通的情况下，临时控制设备充当不同电池的中央主电池管理系统，并且将不同电池相对于车辆控制单元201呈现为单个电池，电池系统200因此不需要专门设计用于不同电池的联接。

在确定或预测允许的总电流时，临时主控制设备检测在当前时刻允许的电流，并由此求取允许的总电流。

图3示出用于将电池接入到高电流总线的方法300。该方法以步骤305开始，在该步骤中由临时主控制设备来检测布置或连接在Can总线上的电池的电压值。为此，每个电池管理系统的从组件将相应的或自身的电池的电压值发送到临时主控制设备。在随后的步骤310中，由临时主控制设备来确定连接到Can总线的每个电池的运行模式。在此，在“放电”和“充电”两种运行模式之间进行区分。如果单个电池的电压值高于预给定的阈值，则相应的电池的运行模式为“放电”。如果单个电池的电压值小于预给定的阈值，则相应的电池的运行模式为“充电”。有利地，通过识别状态“点火钥匙已转动”，可以将运行模式或状态或使用“放电”从车辆系统传递到电池系统。通过将系统连接到充电设备，可以确定运行模式或状态或使用“充电”。原则上，也可以在其他运行状态下分别进行充电或放电，然而根据等待处理(anstehend)的使用进行相应的接入是有利的。在随后的步骤315中，由临时主控制设备检测所有继电器的状态。在随后的步骤320中分析处理运行模式。如果运行模式为“放电”，则在随后的步骤325中分析处理各个电池的继电器状态。如果所有继电器都断开——即还没有电池连接到高电流总线上，则在随后的步骤330中将第一电池尤其通过预充电电路连接到高电流总线。在此涉及具有最大电压值的电池。术语“第一电池”应理解为在时间上看作为第一个接入到高电流总线上的电池。在此，预充电电路包括可电子控制的电流源并且包括电阻和可控制的开关的串联电路，或者将与待接入的电池的继电器并联连接的电容器充电至定义的电压的其他合适的方法。换句话说，由于高电流总线通常包括高电容，因此将在时间上看第一个连接到高电流总线上的电池通过预充电电路连接到高电流总线。通过预充电电路对待接入的电池中的电容进行充电，从而将高电流总线的电压值带到与待接入的电池相同的电压值。由此避免在电池接入时与高电流总线的高电压差。此外，避免高电流总线电容的高充电电流，由此防止组件(例如电容器和继电器)的损坏，并且不会加速组件的老化。在随后的步骤335中，检查待接入电池与高电流总线之间的电压差是否小于适用于该组件的极限。该极限例如可以在1V。如果是这种情况，则在随后的步骤340中将待接入的电池的继电器闭合，由此将预充电电路跨接。电池系统现在提供能够由用电器提取的电流。由此，第一电池的充电状态减小——即第一电池的电压值减小。

如果在步骤325中分析处理继电器的状态时并非所有继电器都断开——即至少一个继电器闭合，则以步骤345继续该方法，在该步骤345中借助临时主控制设备来分别确定在每个还未接入的电池(即每个可接入的电池)与高电流总线之间的电压差。在此，每个可接入的电池借助从组件将该电池的电压值发送到临时主控制设备上。换句话说，确定已接入到高电流总线的第一电池或已接入的电池与可接入的电池的充电状态差。

在随后的步骤350中，确定在时间上看作为下一个待接入到高电流总线上的电池。在此，选择如下的电池：该电池具有与高电流总线的最小电压差或具有第一电池的电压值或已接入的电池的电压值。换句话说，如果已接入到总线上的电池的电压值达到还未接入的另一电池的电压值，则可以将该另一电池在时间上看作下一个接入到高电流总线，即将具有次低电压值的电池声明或确定为待接入的电池。

在随后的步骤355中，确定在已接入到高电流总线上的电池中的总电流。在随后的步骤360中，检查待接入的电池与高电流总线的电压差是否小于1伏，并且检查与已接入的电池的充电状态差是否小于一定百分比(例如可以是5％)，并且检查总电流的量值是否小于10安培乘以已接入的电池数量的乘积。如果是这种情况，则在随后的步骤365中将待接入的电池接入到高电流总线。

如果总电流的量值大于10安培乘以已接入的电池的数量的乘积，则在随后的步骤370中将指令“调换请求(change-over-request)”发送到Can总线。该指令包括通过车辆控制设备来降低总电流，由此避免高电流。在随后的步骤375中，检测总电流是否低于预定义的阈值(例如10A倍乘以已接入电池的数量)。如果是这种情况，在随后的步骤380中可以将待接入的电池连接到高电流总线。在随后的步骤385中，结束总电流的降低。只要仍不是所有电池都被接入，以步骤345继续方法300。

因此，在“放电”运行模式中，可以按从高电压值到低电压值的顺序将所有未接入的电池接入。

如果运行模式是“充电”，则在步骤320之后的步骤390中检查是否所有继电器都断开。如果是这种情况，则在随后的步骤395中将第一电池通过预充电电路连接到高电流总线，其中，第一电池是具有最低电压值的电池。在随后的步骤400中，检查在高电流总线与待接入的电池之间的电压差是否小于1V。如果是这种情况，则在随后的步骤405中将第一电池的继电器闭合，因此第一电池与高电流总线直接连接。电池系统现在能够接收电流，其中，馈电设备(例如充电设备)可以供电。由此，电池的充电状态以及电压值或电压水平升高。

如果在步骤390中在对继电器的分析处理时至少一个继电器闭合，则以步骤410继续该方法，在该步骤410中分别确定每个还未接入的电池(即每个可接入的电池)与高电流总线之间的电压差。在随后的步骤415中，确定待接入的电池。在此，选择具有与高电流总线有最小电压差的电池。换句话说，已接入到总线上的电池的电压值达到还未接入的另一电池的电压值，因此可以将该另一电池在时间上看作下一个接入到高电流总线上，也就是说，将具有次高电压值的电池声明或确定为待接入的电池。

在随后的步骤420中，确定已接入到高电流总线上的电池中的总电流。在随后的步骤425中，检查待接入的电池与高电流总线的电压差是否小于1伏，并且检查与已接入的电池的充电状态差是否小于5％，并且检查总电流的量值是否小于10安培乘以已接入的电池数量的乘积。如果是这种情况，则在随后的步骤430中将待接入的电池接入到高电流总线。

如果不是这种情况，并且总电流的量值大于10安培乘以已接入的电池数量的乘积，则在随后的步骤435中将指令“调换请求”发送到Can总线上。该指令包括通过车辆控制设备来降低总电流，由此避免高电流。在随后的步骤440中，检测总电流是否低于预定义的阈值(例如10A倍乘以已接入电池的数量)。如果是这种情况，在随后的步骤445中可以将待接入的电池连接到高电流总线上。在随后的步骤450中，通过将系统的允许的总电流再次无限制地基于已接入的电池的允许电流传达到车辆控制设备中来结束总电流的降低。

因此，在“充电”运行模式中，可以按从最低电压值到最高电压值的顺序将所有还未接入的电池接入。

在一种不仅可以应用于“放电”运行模式、而且可以应用于“充电”运行模式的实施例中，通过使用各个还未接入的电池的预充电电路可以将临时主控制设备用于对高电流总线或高电流总线的中间回路以及多个还未接入的电池进行预充电。这针对“充电”运行模式示例性地阐明。充当待接入电池的第一电池是具有最低电压值的电池。虚拟主控制设备现在可以借助如下还未接入的电池来执行中间回路的预充电：该电池具有比待接入的电池明显更高的电压值。由此，可以将高电流总线的电势更快地带到待接入的电池的电压值——即可以实现待接入电池的提早接入。此外有利的是，将来自具有更高电压值的电池的能量用于预充电，因为具有更高电压值的电池与高电流总线的电压差因此减小，并且因此该电池可以在稍后的时刻更快地接入。如果待接入电池和高电流总线的电势接近相等，则临时主控制设备结束该预充电。

如果待接入电池的预充电电路过载或有故障，则临时主控制设备可以确定另一电池以进行预充电。

如果在预充电期间高电流总线已经(例如通过无法关断的或无法专门关断的用电器)承受电负载，则所选的预充电电路无法将高电流总线调节到相同的电平上。这是由于每个预充电电路都是电流限制的，因为预充电电路与已接入的用电器例如分压器共同地作用。为了提高预充电电流，临时主控制设备可以激活不同电池的多个预充电电路用以进行预充电。由此，待接入电池与高电流总线之间的电压差减小。

Claims (9)

1.一种电池系统(100)，所述电池系统具有连接到Can总线的多个电池(103，104，105，106)，其中，所述多个电池(103，104，105，106)分别包括一个电池管理系统，其中，所述电池管理系统分别具有至少一个主组件(214)，所述至少一个主组件能够充当主控制设备，其特征在于，所述主组件中的一个确定用于充当中央主控制设备，其中，所述中央主控制设备接管车辆控制单元、所述多个电池与高电流总线之间的通信。

2.根据权利要求1所述的电池系统(100)，其特征在于，所述多个电池(103，104，105，106)具有不同的电压值。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的电池系统(100)，其特征在于，如下电池(103，104，105，106)实施所述中央主控制设备的功能：所述电池在物理上作为第一个连接到所述Can总线。

4.根据以上权利要求中任一项所述的电池系统(100)，其特征在于，实施所述中央主控制设备的功能的电池(103，104，105，106)的电压值接近0V。

5.根据以上权利要求中任一项所述的电池系统(100)，其特征在于，实施所述中央主控制设备的功能的电池未设置成接入到所述高电流总线。

6.根据以上权利要求中任一项所述的电池系统(100)，其特征在于，所述中央主控制设备设置用于将所述多个电池(103，104，105，106)连接到所述高电流总线。

7.一种电动车辆，所述电动车辆具有根据以上权利要求中任一项所述的电池系统(100)。

8.一种电动车辆，其特征在于，所述电动车辆是两轮车。

9.一种能够电子控制的预充电电路，所述预充电电路连接到根据权利要求1至6中任一项所述的电池系统，其特征在于，所述中央主控制设备能够通过通信线路来符合需要地接入和断开所述预充电电路。

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