CN111051907B - 用于确定将电池的电池单元连接到监测单元的电线的状态的方法以及相应的监测单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定将电池的电池单元(120)连接到电子单元(300)的电线(202，203)的状态的方法，该电线包括将该电池单元的正极端子(121)连接到该单元的第一输入端子(302)的第一电支路(202)、以及将该电池单元的负极端子(122)连接到该单元的第二输入端子(303)的第二电支路(203)，该方法包括计算该电线的电阻(R_l，n)步骤以及根据计算出的电阻来确定该电线的状态的步骤。本发明还涉及一种用于提供关于所述电线的状态的警报的方法。本发明最后涉及一种用于监测电池的电池单元的电量状态的单元，并且涉及一种包括这种单元的用于机动车辆的系统。

Description

用于确定将电池的电池单元连接到监测单元的电线的状态的方法以及相应的监测单元

技术领域

本发明总体上涉及电池领域。

更具体地，本发明涉及电池的电池单元的电力管理领域。

特别地，本发明涉及一种用于确定将电池的电池单元连接到用于监测所述电池的单元的电线的状态的方法。

本发明还涉及一种用于发出关于所述电线的状态的警报的方法。

本发明最后涉及一种用于监测电池的电池单元的电量状态的单元以及一种包括这种单元的用于机动车辆的系统。

背景技术

为了能够使例如锂离子(Li离子)电池组中的电池在其安全范围内起作用、特别是为了防止在电池单元的端子处发生过电压或欠电压，监测所述电池的电化学电池单元的电量状态(SoC)变得很有必要。

为此，无论电池是在充电还是在放电、或是处于休眠状态(电池或多或少已充电但不递送任何电流)，都必须定期监测每个电池单元的正极端子与负极端子之间的电压。

测量所述电池单元的端子处的电压受到严格的安全约束(监控过电压或欠电压)和性能约束(电量状态的测量结果的准确性)。

通常借助于通过电线连接到每个电池单元的电子单元来监测电池的电池单元，每条电线包括将每个电池单元的两个端子连接到电子单元的两个输入端子的两个电支路。

特别地，存在已知的所谓的平衡电子单元(BMS(电池管理系统))，该平衡电子单元通过无论电池是否正在工作(充电或放电)，都均衡该电池的所有电池单元的电量状态来实现该电池的最佳操作。

当电线很长(例如，当监测单元安装在远离电池处时)或者这些电线的(即，其电支路的)状态可能劣化时，需要确定每条电线的线电阻。

线“电阻”是指电线的阻抗的实部，该阻抗在术语的数学意义上是复数(即，具有实部和虚部)。线电阻的值以欧姆(Ω)为单位来测量。

例如，仅仅电支路之一与电池单元的端子之一之间的布线中的接触劣化就可能严重影响(增加)线的电阻，其结果是由监测单元得到的电压测量结果不真实。

因此，如果电线故障并且例如线电阻过高，则控制电池单元的平衡可能导致电池的非最佳操作，例如其自主性降低。

此外，如果由监测单元得到的电压测量结果不真实，则车载诊断功能也可能不真实，从而导致将错误的诊断馈送到电子单元。在主动电池单元平衡的情况下，这例如可能导致不良的平衡电压补偿。

发明内容

为了弥补现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于确定电线的状态的方法，使得可以检测电线之一是否发生故障。

根据本发明，更具体地提出了一种用于确定将电池的电池单元连接到所述电池的监测单元的电线的状态的方法，所述电线包括将所述电池单元的正极端子连接到所述监测单元的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元的负极端子连接到所述监测单元的第二输入端子的第二电支路，所述方法包括：

-计算所述电线的线电阻值的步骤；以及

-根据所述计算出的线电阻值来确定所述电线的状态的步骤。

因此，通过在电池的每个使用周期中确定电线的状态，可以检测是否电线(即，电池单元)发生了故障并且必须被断开，以维持电池的安全且高效操作，并且以停用可能会受到影响的车载诊断功能。

在本发明的意义上，应当理解，线电阻是形成所述电线的第一电支路和第二电支路的电阻(即，阻抗的实部)的总和。

有利地，所述计算线电阻值的步骤包括：

-第一子步骤，在第一测量时刻进行，在所述电池的电池单元不在充电或放电的情况下，测量在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的第一开路电压值；

-闭合子步骤，在第一时刻进行，在该子步骤期间，该监测单元经由电阻性电支路连接所述第一输入端子和所述第二输入端子，该电阻性电支路的电阻值是预先确定的；

-第二子步骤，在第二测量时刻进行，测量所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的闭路第二电压值，该第二测量时刻与所述第一测量时刻相隔一定持续时间，该持续时间在预先确定的最小持续时间与预先确定的最大持续时间之间；以及

-子步骤，根据所述预先确定的电阻值以及所述测得的第一电压值和第二电压值来估计所述电线的所述线电阻值。

因此，由于监测单元能够断开和闭合与特定电池单元相关联的两个输入端子之间的电路，因此可以在这些输入端子处以开路方式和以闭路方式对已知电阻实施两次电压测量，使得可以从此得出该电线的线电阻值并确定该电线的状态。

在闭合子步骤(B2)期间，每个电阻性电支路优选地是用于平衡电池单元的电支路。

更优选地，所述最小持续时间被预先确定成使得在静态电气条件下执行所述第二测量子步骤。

静态电气条件是指在由突然的电压变化或电流变化引起的瞬时状况之后建立的电气条件。

为了在静态电气条件下执行第二子步骤，可以设想使用具有输入低通滤波器的电压测量设备在监测单元的输入端子处执行闭路电压测量，该输入低通滤波器例如为简单的一阶分压器电路，该电路具有电阻器(其具有以欧姆为单位的值R)和电容器(其具有以法拉为单位的电容C)，被称为“RC滤波器”，该电路的截止频率(以赫兹或s^-1为单位)(表示为f_c)等于1/(2*π*R*C)。

换言之，如果在第一测量时刻与第二测量时刻之间的间隔大于2*π*R*C的五倍(即，10*π*R*C)，则认为第二子步骤是在静态电气条件下执行的。实际上，该间隔为几毫秒(ms)的量级，例如在(包含)1ms到100ms之间，优选地小于10ms。

所述最大持续时间也优选地被预先确定成使得在第一测量子步骤与第二测量子步骤之间，所述电池单元的所述正极端子与负极端子之间的电压的绝对值的变化不超过1％。

换言之，闭路电压测量要足够早地执行，以使得可以忽略在第一测量子步骤与第二测量子步骤之间电负载的变化。以这种方式，在这两次测量之间，所考虑的电池单元的正极端子与负极端子之间的电压实际上保持恒定(其变化在最大值的1％以内)。

在一个特定的实施例中，确定方法包括将计算出的线电阻值与电阻阈值进行比较的步骤，并且在确定步骤中，根据所述比较的结果来确定所述电线的状态。

实际上，如果计算出的线电阻值大于电阻阈值，则将确定将所述电池单元连接到监测单元的电线发生故障，因此，该电阻阈值是不能被超过的最大阈值。

相反，如果计算出的线电阻值小于电阻阈值，则意味着所述电线是正常的，特别是电池单元与单元之间的连接不会对监测电池的电池单元造成很大的影响。

有利地，该确定方法进一步包括以下步骤：测量表示所述电线的环境温度的温度，并且根据该表示性温度来预先确定所述电阻阈值。

这使得可以将电压测量的准确结果性提高到这样的程度：一方面，所寻求的线电阻、以及另一方面所考虑的电池单元的内阻随电线的环境温度的变化而变化。电池单元的内阻的变化通常与温度变化成反比，而线电阻随着温度的升高反而趋于增大。

实际上，电线的环境温度在每个电池单元的内阻都远低于线电阻的温度范围内变化。

本发明还提出了一种借助于监测单元来控制电池的电池单元的方法，电线将所述电池的电池单元连接到所述电池的所述监测单元，所述电线(201，202，203，204，205，206)包括连接所述电池单元的正极端子与所述监测单元的第一输入端子的第一电支路、以及连接所述电池单元的负极端子与所述监测单元的第二输入端子的第二电支路，所述控制方法包括：

-使用如上所述的确定方法来确定所述电线的状态的步骤；以及

-在所述电线的线电阻值大于所述电阻阈值的情况下停用受到所述电线的线电阻值的变化影响的诊断功能的步骤。

实际上，过高的线电阻值可能是所述电线发生连接故障或接触劣化的标志。在这种情况下，在平衡电池单元时，该电池单元工作时在该电池单元的端子处的电压测量结果可能不真实，从而导致在平衡电池单元时对测量结果误差的错误补偿，或者导致使用监测单元的平衡功能馈送了错误的内置诊断。

显然，该控制方法可以有利地适用于电池的多个或所有电池单元。

如果在将电池的电池单元连接到监测单元的电线上检测到故障，则同样可以选择不“停用”对电池单元的平衡，而仅是对电池使用者提出建议。

因此，本发明涉及一种发出关于将电池的电池单元连接到所述电池的监测单元的电线的状态的警报的方法，所述电线包括将所述电池单元的正极端子连接到所述监测单元的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元的负极端子连接到所述监测单元的第二输入端子的第二电支路，所述发出警报的方法包括：

-使用如上所述的确定方法来确定所述电线的状态的步骤；以及

-在该线电阻值大于所述电阻阈值的情况下发送警报信号的步骤。

此外，本发明提出了一种用于监测电池的多个电池单元的电量状态的单元，每个电池单元通过电线连接到所述监测单元，该电线包括将所述电池单元的正极端子连接到所述监测单元的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元的负极端子连接到所述监测单元的第二输入端子的第二电支路，所述监测单元被设计成用于：

-计算每条电线的线电阻值；以及

-根据所述计算出的线电阻值来确定所述电线的状态。

本发明的监测单元例如可以包括专用标准产品(ASSP)，具体地，其被设计成用于：

-通过断开与电池的每个电池单元相关联的每个第一输入端子与每个第二输入端子之间的电路来断开与所述电池单元相关联的该电路；

-闭合与每个相同的电池单元相关联的电路，使得该单元的每个第一输入端子和每个第二输入端子在静态条件下通过纯电阻性电支路彼此连接，该支路的电阻是已知且固定的；

-在上述条件下测量每个第一输入端子与每个第二输入端子之间的开路电压值或闭路电压值；以及

-根据测得的值和已知电阻的先验知识来计算与电池的电池单元相关联的每条电线的线电阻。

本发明最后提出了一种用于电动或混合动力机动车辆的系统，该系统包括：

-包含多个电池单元的电池；以及

-如上所述的用于监测所述电池的单元。

本发明还提出了一种电动或混合动力机动车辆，包括：

-如上所述的系统；以及

-由所述系统的所述电池供应电流的电动机。

具体实施方式

参照通过非限制性示例所提供的附图，以下说明清楚地解释了本发明由哪些组成以及可以如何实践本发明。

在附图中：

-图1是电池和用于监测该电池的单元的示意图；

-图2是图1的电池的电池单元的静态条件下的等效电路图，该电池单元连接到图1的单元的印刷电路卡；并且

-图3是根据本发明的确定方法的示意图。

为了使描述更加具体和更容易被读者理解，在下文中将参照图1至图3来描述本发明在汽车领域中的一个特定实施例，该实施例特别是关于通过电动或混合动力机动车辆所配备的电池100(参见图1)的监测单元300进行的电力管理。

然而，下文中描述的本发明的方法和产品绝不局限于这种类型的应用，并且可以在另一技术领域(例如，照明、电子电源、供暖或空调等)中同样很好地得以实施或与电池一起使用。

在此未示出的机动车辆包括：

-包含所述电池100和用于监测所述电池100的所述单元300的系统，该系统被适配用于监测和控制电池100的多个电池单元110、120、130、140、150、160的电量状态；以及

-被设计成用于当被所述系统的电池100供应电流I_HV(参见图1)时推进所述机动车辆的电动机、和用于对电池100充电的装置。

在此，用于对电池100充电的这些装置包括简单的充电器，该充电器被适配用于其一侧连接到家用市电电源的电源插座的端子，并且另一侧连接到电池100的正极端子101和负极端子102。

可替代地或另外地，充电装置还可以包括再生制动装置，该再生制动装置使得能够回收通过制动机动车辆而生成的能量以对电池100充电。

在此，电池100是“牵引”电池，其旨在向连接到车辆的电网的电动机和各种辅助设备供应电流I_HV(参见图1)。

常规地，该电池包括储存箱(未示出)，从该储存箱露出正极端子101和负极端子102。

该储存箱容纳多个电池单元110、120、130、140、150、160，这些电池单元的标称电压和数量被计算成使得电动机能够产生足以推进机动车辆预先确定的时间或预先确定的距离的扭矩(以牛顿米或N.m为单位来测量)和/或功率(以瓦特或马力为单位来测量)。

通常使用100至200个电池单元，这些电池单元被连接在一起，其方式为使得电池100的正极端子101和负极端子102处的电压为400伏(V)的量级并且该电池具有足够的容量。

通常，每个电池单元在其端子处具有2V至5V量级的标称电压。在此，电池单元110、120、130、140、150、160是锂离子(Li离子)类型的，并且各自在其充满电时具有约3.7V的标称电压。

因此，在来自图1的示例中，电池100包括串联连接的108个单一Li离子电池单元，但为了使图清晰，在附图中仅表示了这些电池单元中的六个电池单元110、120、130、140、150、160：

-前两个电池单元150、160：排在第1位和第2位的电池单元；

-最后两个电池单元110、120：排在第107位和第108位的电池单元；以及

-电池单元130、140：排在第3位和第106位的电池单元(在图1中以虚线部分地进行了表示)。

实际上，在使用周期开始时，牵引电池100的各个单个电池单元110、120、130、140、150、160并非全都具有相同的电量状态：这被称为“电池单元平衡问题”。

该问题是因为各个电池单元并非全都严格完全相同(在离开制造厂时这些电池单元的容量和内阻并非完全相等)，并且随着时间推移并非都以相同的方式演变，即，它们并非全都以相同的方式放电(自放电偏差)。此外，各个电池单元放置在电池100的盒中的散热或通风情况不同的区域中，因而每个电池单元周围的温度是不同的。

因此，牵引电池的电池单元中的一些电池单元比其他电池单元承受更大的压力，这降低了牵引电池的总体容量及其使用寿命。

如图1所示，电池100的每个电池单元110、120、130、140、150、160包括正极端子111、121、131、151、161和负极端子112、122、142、152、162(在图1中不可见电池单元130的负极端子和电池单元140的正极端子)。

电池100的电池单元110、120、130、140、150、160串联连接，排在第n(n＝1，……，N-1，在此N＝108)位的电池单元的正级端子(例如(排在第107位的)电池单元120的端子121)与排在第n+1位的相邻电池单元的负极端子(在此是(排在第108位的)电池单元110的负极端子112)是共用的。

此外，(排在第108位的)电池单元110的正极端子111与电池100的正极端子101是共用的，并且这两个端子电连接。同样，(排在第1位的)电池单元160的负极端子162与电池100的负极端子102是共用的，并且这两个端子电连接。

为了监测和均衡电池100的所有电池单元110、120、130、140、150、160的电量状态，因此提供了用于监测这些电量状态的单元300。

一般而言，此单元300充当电子电池管理系统(BMS)100，其主要功能是：

-确定各个电池单元110、120、130、140、150、160的端子处的电压(在下文中表示为V_{电池单元，1}，V_{电池单元，2}，…，V_{电池单元，n}，…，V_{电池单元，108}；参见图2中的电压V_{电池单元，n})和/或电池100的正极端子101与负极端子102之间的总电压U_BAT；

-独立地确定每个电池单元110、120、130、140、150、160的电量状态(SoC)；

-确定由电池100馈送到电动机的总电流I_HV；

-确定电池100的平均温度T_BAT或者电池100的每个电池单元110、120、130、140、150、160各自的温度T_{电池单元，n}(n＝1，……，N)。

单元300还使得能够平衡每个电池单元110、120、130、140、150、160的电容量的水平。

对电池单元110、120、130、140、150、160的平衡可以是主动的或被动的。

在主动平衡的情况下，监测单元取出储存在充电最多的一个或多个电池单元中的能量中的一些能量以将其捐赠给充电最少的一个或多个电池单元。因此，在各个电池单元之间存在实际电量的真实传递。

在被动平衡的情况下，监测单元取出存储在充电最多的一个或多个电池单元中的能量中的一些能量以使其耗散(通常以热量的形式)。实际上，可以通过该单元的电阻中的焦耳效应来简单地排出充电最多的电池单元中的过量电量。

在不限制本发明的情况下，在此的情况是单元300旨在对电池100的电池单元110、120、130、140、150、160执行被动平衡。说明书的其余部分将详细描述单元300中用于执行对电池单元的这种平衡的装置。

为了使单元300能够平衡电池单元110、120、130、140、150、160的电量状态，电池100的每个电池单元110、120、130、140、150、160都通过电线连接到单元300。

参见图1，“电池单元通过电线连接到单元300”是指每条电线可以分为：

-将所考虑的电池单元110、120、130、150、160的正极端子111、121、131、151、161连接到单元300的第一输入端子301、302、303、304、305的第一电支路201、202、203、204、205；以及

-将所考虑的电池单元110、120、140、150、160的负极端子112、122、142、152、162连接到单元300的第二输入端子302、303、304、305、306的第二电支路202、203、204、205、206。

应当注意，以与电池单元110、120、130、140、150、160的端子相同的方式，将排在第n位的电池单元连接到单元300的第一电支路也是将(排在第n+1位的)较高的相邻电池单元连接到单元300的第二电支路。

例如，将(排在第107位的)电池单元120的正极端子121连接到单元300的第107条电线的第一支路202也是连接(排在第108位的)电池单元110的负极端子112(其为与电池单元120共用的端子)的第108条电线的第二电支路(也以202指代)。

因此，电线与电池单元数量一样多，并且每条电线(在下文中称为“排在第n位的”电线)与(排在第n位的)特定的电池单元相关联。

换言之，与排位邻近(例如，n与n+1，或者n与n-1)的两个相邻电池单元相关联的、具有共用(正极或负极)端子的两条相邻电线一起共享将所述共用端子连接到单元300的(第一或第二)输入端子的(第一或第二)电支路。

应当注意，在此所描述的“电线”在以下意义上是虚构的：他们并非各自都由将电池的电池单元的正极端子和负极端子连接到监测单元的两个输入端子的单条电线组成(如图1可能会使人认为的)。

事实上，在此，“电线”更准确地是指使得能够在单元300与同该电线相关联的电池单元110、120、130、140、150、160之间循环和路由电流的任何电气装置。

因此，在本发明的意义上，电线更准确地是一种旨在考虑电池单元110、120、130、140、150、160与单元300之间的电缆、导线、连接、连接器、保险丝、焊接连接和导电迹线的存在的电气模型。

每条电线具有可以随时间推移而演化并影响由单元300执行的测量的结果(并且因此也影响电池单元的平衡)的状态。

根据本发明，借助于被称为“线电阻”的参数来评估该状态，该参数总体上与所考虑的电线的电阻相对应。

为了更好地理解可以如何计算线电阻值，已经在图2中示出了第n个电池单元120(在此为排在第n＝107位的电池单元)的静态条件的等效电路图，该电池单元通过第n条电线(排在第n位的电线)连接到单元300，该电线包括电池单元120的正极端子121与单元300的输入端子302之间的第一电支路202、以及电池单元120的负极端子122与单元300的输入端子303之间的第二电支路203。

因此，在静态条件下，通过以下各项来对排在第n位的电线进行建模(参见图2的排在第107位的电线)：

-所述电线的第一支路202的等效电阻RL_n；以及

-所述电线的第二支路203的等效电阻RL_n-1。

如图1所示，在此，单元300包括旨在通过以下两条电气总线与印刷电路卡310进行交互的微控制器330：

-从微控制器330延伸到卡310的第一电气总线321；以及

-从卡310延伸到微控制器330的第二电气总线322。

该微控制器330可以有利地是机动车辆的电子控制单元(即，车载计算机)，并且包括：

-微处理器(CPU)；

-随机存取存储器(RAM)；

-只读存储器(ROM)；

-模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)；以及

-各种输入接口和输出接口。

微处理器能够执行存储在只读存储器中的各种程序。

就其本身而言，输入接口使得微控制器330能够经由第二总线322获取与电动机、与充电器以及与牵引电池100的电池单元110、120、130、140、150、160相关的数据，特别是以便将该数据存储在随机存取存储器中。

输出接口使得微控制器330能够经由第一总线321控制印刷电路卡310上的集成电路340(参见图2)。

该集成电路340旨在测量以下两者之间的电压V_m，n(参见图2)：

-集成电路340的经由负载电阻器Rc(电压V_Rc，n，电流Ic_n)连接到单元300的第一输入端子302的第一测量引脚(broche)341；以及

-集成电路340的经由负载电阻器Rc(电压V_Rc，n-1，电流Ic_n-1)连接到单元300的第二输入端子303的第二测量引脚344。

因此，这两个测量引脚341、344经由负载电阻器与将电池100的电池单元120连接到单元300的电线202、203相关联。

集成电路340可以例如是由美信半导体(Maxim Integrated)公司出售的MAX17823或MAX1785x产品系列中的集成电路、或者是使用相同架构的任何其他ASSP电路。

此外，针对每条电线202、203，集成电路340具有晶体管345(参见图2)，该晶体管由微控制器330经由第一总线321(参见图2中指向晶体管345的箭头)控制并且连接在第一平衡引脚342与第二平衡引脚343之间、并且在静态条件下具有：

-导通状态，在该状态下该晶体管等效于电阻R_sw；以及

-截止状态，在该状态下该晶体管等效于开路(这两个平衡引脚之间的电流为零)。

还对微控制器330进行编程，以经由印刷电路卡310将各个电池单元110、120、130、140、150、160的电量状态维持在相同水平，以防止会缩短电池100的使用寿命和车辆的行驶距离的、电池单元110、120、130、140、150、160之间的任何不平衡。

为此，微控制器330根据在每对测量引脚之间测得的电压V_m，1、V_m，2、…、V_m，n、…、V_m，N来控制与电线(例如，由这两个支路202、203形成的电线)相关联的晶体管(例如，晶体管345)，以便：

-将一个或多个晶体管置于截止状态：停用对这些晶体管的平衡(平衡“关闭(OFF)”)；

-将一个或多个晶体管置于导通状态：启用对这些晶体管的平衡(平衡“开启(ON)”)。

当启用对电池单元120(即，对电线(例如，对图2中的电线202、203))的平衡时，经由两个平衡电阻R_平衡(在此是相等的，但可以是不同的)在单元300的两个输入端子302、303之间耗散电池单元(在此为图2中的电池单元120)的电量中的一些，这两个平衡电阻各自被放置在第一输入端子302与第一平衡引脚342之间、以及第二输入端子303与第二平衡引脚343之间的平衡支路312、313中。

本发明的一个目的是确定系统的每条电线的电阻(以欧姆为单位)，在下文中称为“线电阻”并且表示为R_l，1、R_l，2、…、R_l，n、…、R_l，N。

如果测得的值相对于可以校准的阈值而言过高，则对将电池单元110、120、130、140、150、160连接到单元300的电线的线电阻的这种确定可以有利地用于触发警报。

该确定还可以用于将平衡功能用作监测过程的一部分来停用任何故障诊断。

确定线电阻R_l，1、R_l，2、…、R_l，n、…、R_l，N还使得能够校正由单元300在电池100的一个或多个电池单元110、120、130、140、150、160的充电或放电期间在电池单元110、120、130、140、150、160的端子处测得的电压的值V_{电池单元，1}、V_{电池单元，2}、…、V_{电池单元，n}、…、V_{电池单元，N}。

线电阻的值可以进一步用作在电池使用周期开始时的参考值，以便在使用该方法时重新初始化电压平衡补偿模型。事实上，在正常使用周期中，如果选择在启用电压测量的同时启用平衡，则在考虑测量电池单元的端子处的电压的准确性的情况下，沿电线的电压降是不可忽略的，并且需要补偿。为此，必须已知每条电线的精确线电阻值，以便重建那些电压。

每条电线由两个电支路201、202、203、204、205、206形成，排在第n位的电线的线电阻值R_l，n等于电阻，即：R_l，n＝R_Ln+R_Ln-1。

现在将参照图3来描述一种确定方法，该确定方法使得能够正确地确定所讨论的线电阻值、以及由此得出的每条电线的状态。

该方法由单元300执行，并且更确切地由所述单元300的微控制器330执行。

因此，该监测单元300被设计成用于：

-计算每条电线201-202、202-203、204-205、205-206的线电阻值R_l，n；并且

-根据所述计算出的线电阻值R_l，n来确定所述电线201-202、202-203、204-205、205-206的状态。

根据本发明，为了确定电线的状态，所述方法包括：

-计算所述电线的线电阻值的步骤(图3中的框B)；以及

-根据该计算出的线电阻值来确定所述电线的状态的步骤(图3中的框C)。

为了说明根据本发明的方法，本说明书的其余部分将特定于确定如图2所示的排在第n位的电线(其由在端子121与302之间、以及在端子122与303之间的电支路202和203形成)的状态(线电阻值R_l，n＝RL_n+R_Ln-1，晶体管345由单元300的微控制器330控制)。

有利地，该方法进一步包括测量表示电线201-202、202-203、204-205、205-206周围的温度的温度TL₁、TL₂、…、TL_n、…，TL_N(下文中称为“线温度”)的步骤(图3中的框A的子框A1)。

事实上，任何电气系统中的电阻值都很大程度上取决于温度，并且也应当将线电阻的测量结果与周围的温度值联系在一起。

线温度值TL₁、TL₂、…、TL_n、…、TL_N被传递到并存储在单元300的微控制器330的随机存取存储器中。

如果线温度值TL₁、TL₂、…、TL_n、…、TL_N中的任何一个低于温度阈值TL_最小，则在随后的计算中，需要考虑相应电池单元的内阻。

根据优选实施例，通过在不进行对单元300的每对第一输入端子和第二输入端子302、303之间的电压V_平衡，n的平衡的情况下(平衡关闭，晶体管345处于截止状态：I_平衡，n＝0A)执行第一测量，然后在进行对上述电压的平衡(参见图2)的情况下(平衡开启，晶体管345处于导通状态：I_平衡，n>0A)执行第二测量来计算线电阻值R_l，n。

更确切地，依据根据本发明的确定方法的这个特定实施例，计算线电阻值R_l，n的步骤(图3中的框B)包括：

-第一子步骤(子框B1)，如果电池100的电池单元120不在充电或放电，则测量在第一输入端子302与第二输入端子303之间的第一开路电压值V_m1，n；

-闭合子步骤(子框B2)，在第一时刻t₁进行，在该子步骤中，单元300通过电阻性电支路(在此，其由平衡支路312、313和晶体管345的导通支路342-343形成)连接第一输入端子302与第二输入端子303，该电阻性电支路的电阻值R_平衡，n是预先确定的；

-第二子步骤(子框B3)，在第二测量时刻t₂进行，测量在第一输入端子302与第二输入端子303之间的闭路第二电压值V_m2，n，该第二测量时刻与所述第一测量时刻t₁相隔持续时间Δt，该持续时间在(包含)预先确定的最小持续时间Δt_最小与预先确定的最大持续时间Δt_最大之间；以及

-子步骤(子框B4)，根据所述预先确定的电阻值R_平衡，n以及测得的第一电压值和第二电压值V_m1，n、V_m2，n来估计该电线202、203的线电阻值R_l，n。

现在将详细描述在实践中可以如何基于子步骤B1和B3的测量结果而在子步骤B4中估计该线电阻值R_l，n。

子步骤B1

在该第一测量子步骤期间，假设静态条件适用并且电池10的功率继电器仍然断开，这保证了电池10的空载电压值U_BAT和等于0安培的输出电流I_HV。

此外，在该子步骤B1期间，微控制器330命令单元300的晶体管345处于截止模式(平衡关闭)，使得这两个平衡引脚342、343之间的电路为开路：I_平衡，n＝0并且Ic_n＝IL_n。

在下文中，假设这两个测量引脚341、344之间的输入电阻非常高，即，相对于这两个测量支路311、314的两个负载电阻Rc近似无限大。

因此，当停用平衡(I_平衡，n＝0)时，适用以下等式：IL_n＝IC_n≈0A。

实际上，负载电阻值Rc为1kΩ至2kΩ的量级，并且Ic_n小于或等于1μA(其由集成电路340设置，并且通常为约200nA)，从而使得由于流经负载电阻的电流引起的测量电压V_平衡，n时出现的误差与这两个测量引脚341、344之间的电压值V_m1，n相比可以忽略不计。

以这种方式，可以得出：V_{电池单元，n}＝V_平衡，n(因为IL_n≈0并且电池单元的内阻非常低)，并且V_平衡，n≈V_m1，n(因为Ic_n≈0)，因此V_m1，n≈V_{电池单元，n}。

子步骤B2

在第一时刻(在下文中表示为t₁)，单元300触发对排在第n位(n＝107)的电池单元120的平衡，使得印刷电路340的晶体管345进入导通状态并且等效于值为R_sw，n的电阻(在下文中可以假设印刷电路340上放置在两个平衡端子之间的所有晶体管都是相同的并且具有相同的电阻R_sw)。然后连接单元300的两个输入端子302、303的电支路的电阻值R_平衡，n为使得：R_平衡，n＝2R_平衡+R_sw。在进行下一步骤B3之前等到第二时刻t₂。

子步骤B3

第二时刻t₂被选择成使得在第一时刻t₁与第二时刻t₂之间的时间间隔Δt＝t₂-t₁在(包含)预先确定的最小间隔Δt_最小与预先确定的最大间隔Δt_最大之间，优选地使得：

-在静态电气条件下执行第二测量子步骤B3：t₂距t₁远到足以使静态条件适用；以及

-电池单元120的正极端子121与负极端子122之间的电压的绝对值V_{电池单元，n}在第一测量子步骤B1与第二测量子步骤B3之间的变化不超过1％：t₂距t₁不太远，以至于能够忽略电池单元120的端子处的电压变化(该变化在1％以内)。

实际上，在几十毫秒之后达到静态条件，即Δt_最小＝10ms至50ms；并且电池单元电压的值V_{电池单元，n}仅仅在几分钟之后开始下降，即Δt_最大＝从1分钟至3分钟。

一旦晶体管345处于导通模式并且已经建立了静态条件，就在同一时刻t₂测量集成电路340的两个测量引脚341、344之间的电压V_m2，n。

子步骤B4

在这两个测量子步骤B1和B3之后，已知当停用平衡(I_平衡，n＝0A)时和当启用平衡(I_平衡，n>0A)时集成电路340的两个测量引脚341、344之间的值V_m1，n和V_m2，n。

这两个值经由第二总线322从单元300传输到微控制器330，该微控制器将使用这些值来计算线电阻值R_l，n。

以下等式适用于图2中的电压值：

(a)V_{电池单元，n}＝V_平衡，n+V_RLn+V_RLn-1＝V_平衡，n+(RL_n+RL_n-1)*IL_n＝V_平衡，n+R_l，n*IL_n

(b)V_m2，n≈V_平衡，n

(c)V_平衡，n＝R_平衡，n*I_平衡，n＝(2*R_平衡+R_sw，n)*I_Ln

将上述三个等式(a)、(b)和(c)与等式V_m1，n＝V_{电池单元，n}组合(参见上面的子步骤B1)，于是得到R_l，n＝(V_m1，n-V_m2，n)/IL_n，即：R_l，n＝(2*R_平衡+R_sw，n)*[((V_m1，n/V_m2，n)-1]。

微控制器330使用以上公式来估计线电阻。微控制器330的微处理器被编程为根据以上公式针对所有电线进行计算。

有利地，微控制器300被编程为在第一阶段中仅控制集成电路340的与排位为奇数的电线相关联的晶体管，以计算排位为奇数的那些电线的线电阻，与排位为偶数的电线相关联的晶体管被维持在截止状态。这使得能够对排位为奇数的电池单元和排位为偶数的电池单元进行分开测量。

因此，在该第一阶段中，仅计算排位为奇数的电线的线电阻的值R_l，n(其中，n＝2*k+1，k＝0，1，2，…，Ent(N/2)-1)。

微控制器330被编程为在第二阶段中控制集成电路340的与排位为偶数的电线相关联的晶体管，以计算排位为偶数的那些电线的线电阻值。

在计算步骤B之后，单元300将以下各项保存在微控制器330的随机存取存储器中：

-每条电线的表示性温度的值TL₁、TL₂、…、TL_n、…、TL_N；以及

-每条电线的线电阻的值R_l，1、R_l，2、…、R_l，n、…、R_l，N。

在确定步骤C(参见图3)期间，根据每条电线的线电阻的值R_l，1、R_l，2、…、R_l，n、…、R_l，N来确定每条电线的状态。

在优选实施例中，确定步骤C包括比较子步骤(图3中的子框C1)，在该子步骤中，单元300、并且更确切地微控制器330的微处理器将每条电线的电阻值R_l，n与预先确定的电阻阈值RL_最大进行比较。

优选地，根据排在第n位的电线的表示性温度TL_n来预先确定该电线的电阻阈值RL_最大，n(图1中的框A的子框A2)。

如果前述比较表明排在第n位的电线的线电阻值R_l，n低于阈值RL_最大，n(图3中的子框C2)，则单元300认为排在第n位的电线处于正常操作状态。

相反，如果前述比较表明排在第n位的电线的线电阻值R_l，n大于阈值RL_最大，n(图3中的子框C3)，则单元300认为排在第n位的电线处于异常操作状态，并且认为在该排在第n位的电线上检测到了线阻抗故障。

在这种情况下，单元300可以控制集成电路340，其方式为使得停用受到故障电线的线电阻值的变化影响的诊断功能。

如果线电阻值R_l，n大于针对所考虑的温度TL_n的所述电阻阈值RL_最大，n，则还可以发送警报信号。

本发明不以任何方式来限制所描述和示出的实施例，并且本领域的技术人员将能够知道如何实现在本发明的精神内的本发明的任何变体。

Claims (8)

1.一种用于确定将电池(100)的电池单元(110，120，130，140，150，160)连接到所述电池(100)的监测单元(300)的电线的状态的方法，所述电线包括将所述电池单元(110，120，130，140，150，160)的正极端子(111，121，131，151，161)连接到所述监测单元(300)的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元(110，120，130，140，150，160)的负极端子(112，122，142，152，162)连接到所述监测单元(300)的第二输入端子的第二电支路，所述方法包括：

-计算所述电线的线电阻值(R_l，n)的步骤(B)；以及

-根据所述计算出的线电阻值(R_l，n)来确定所述电线的状态的步骤(C)，

所述计算该线电阻值(R_l，n)的步骤(B)包括：

-第一测量子步骤(B1)，在所述电池(100)的所述电池单元不在充电或放电的情况下，测量在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的开路第一电压值(V_m1，n)；

-闭合子步骤(B2)，在第一时刻(t₁)进行，在该子步骤中，该监测单元(300)经由电阻性电支路连接所述第一输入端子和所述第二输入端子，该电阻性电支路的电阻值(R_平衡，n)是预先确定的，电阻性电支路由平衡支路和晶体管的导通支路形成；

-第二测量子步骤(B3)，在第二时刻(t₂)进行，测量所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的闭路第二电压值(V_m2，n)，该第二时刻与所述第一时刻(t₁)相隔持续时间(Δt)，该持续时间在预先确定的最小持续时间(Δt_最小)与预先确定的最大持续时间(Δt_最大)之间；以及

-子步骤(B4)，根据所述预先确定的电阻值(R_平衡，n)以及所述测得的第一电压值和第二电压值(V_m1，n，V_m2，n)来估计所述电线的所述线电阻值(R_l，n),

其中：

-所述最小持续时间(Δt_最小)被预先确定成使得在静态电气条件下执行所述第二测量子步骤(B3)，其中静态电气条件是指在由突然的电压变化或电流变化引起的瞬时状况之后建立的电气条件；并且

-所述最大持续时间(Δt_最大)被预先确定成使得在所述电池单元(110，120，130，140，150，160)所述正极端子与所述负极端子之间的电压的绝对值(V_{电池单元，n})在该第一测量子步骤(B1)与该第二测量子步骤(B3)之间的变化不超过1％。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在该闭合子步骤(B2)期间，每个电阻性电支路(312，313)是电池单元(120)的平衡电支路。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤(C1)，将该计算出的线电阻值(R_l，n)与电阻阈值(RL_最大)进行比较，并且其中，根据所述比较(C1)的结果来确定所述电线的状态。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括步骤(A1)，测量表示所述电线的环境温度的温度(TL_n)，并且其中，根据该表示所述电线的环境温度的温度(TL_n)来预先确定(A2)所述电阻阈值(RL_最大)。

5.一种用于发出关于将电池(100)的电池单元(110，120，130，140，150，160)连接到所述电池(100)的监测单元(300)的电线的状态的警报的方法，所述电线包括将所述电池单元(110，120，130，150，160)的正极端子(111，121，131，151，161)连接到所述监测单元(300)的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元(110，120，140，150，160)的负极端子(112，122，142，152，162)连接到所述监测单元(300)的第二输入端子的第二电支路，所述发出警报的方法包括：

-使用如权利要求3或4所述的方法来确定所述电线的状态的步骤；以及

-在该线电阻值(R_l，n)大于所述电阻阈值(RL_最大，n)的情况下发送警报信号的步骤。

6.一种用于监测电池(100)的多个电池单元(110，120，130，140，150，160)的电量状态的监测单元(300)，每个电池单元(110，120，130，140，150，160)都通过电线连接到所述监测单元(300)，该电线包括将所述电池单元(110，120，130，150，160)的正极端子(111，121，131，151，161)连接到所述监测单元(300)的第一输入端子的第一电支路、以及将所述电池单元(110，120，140，150，160)的负极端子(112，122，142，152，162)连接到所述监测单元(300)的第二输入端子的第二电支路，所述监测单元(300)被设计成用于：

-计算每条电线的线电阻值(R_l，n)；

-根据所述计算出的线电阻值(R_l，n)来确定所述电线的状态，

所述计算该线电阻值(R_l，n)的步骤(B)包括：

-第一测量子步骤(B1)，在所述电池(100)的所述电池单元不在充电或放电的情况下，测量在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的开路第一电压值(V_m1，n)；

-闭合子步骤(B2)，在第一时刻(t₁)进行，在该子步骤中，该监测单元(300)经由电阻性电支路连接所述第一输入端子和所述第二输入端子，该电阻性电支路的电阻值(R_平衡，n)是预先确定的，电阻性电支路由平衡支路和晶体管的导通支路形成；

-第二测量子步骤(B3)，在第二时刻(t₂)进行，测量所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的闭路第二电压值(V_m2，n)，该第二时刻与所述第一时刻(t₁)相隔持续时间(Δt)，该持续时间在预先确定的最小持续时间(Δt_最小)与预先确定的最大持续时间(Δt_最大)之间；以及

-子步骤(B4)，根据所述预先确定的电阻值(R_平衡，n)以及测得的所述第一电压值和第二电压值(V_m1，n，V_m2，n)来估计所述电线的所述线电阻值(R_l，n)，

其中：

-所述最小持续时间(Δt_最小)被预先确定成使得在静态电气条件下执行所述第二测量子步骤(B3)，其中静态电气条件是指在由突然的电压变化或电流变化引起的瞬时状况之后建立的电气条件；并且

-所述最大持续时间(Δt_最大)被预先确定成使得在所述电池单元(110，120，130，140，150，160)所述正极端子与所述负极端子之间的电压的绝对值(V_{电池单元，n})在该第一测量子步骤(B1)与该第二测量子步骤(B3)之间的变化不超过1％。

7.一种用于电动或混合动力机动车辆的系统，该系统包括：

-包含多个电池单元(110，120，130，140，150，160)的电池(100)；以及

-用于所述电池(100)的根据权利要求6所述的用于监测电池(100)的多个电池单元(110，120，130，140，150，160)的电量状态的监测单元(300)。

8.一种电动或混合动力机动车辆，包括：

-根据权利要求7所述的系统；以及

-由所述系统的所述电池(100)供应电流(I_HV)的电动机。

Images