CN203503753U - 用于监控电池母线的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监控电池母线的系统，包括：多个电池单元，包括电池模块；多条电池母线，与所述多个电池单元电连接；以及多个温度传感器，以菊花链结构电连接并且机械连接至多条母线。该系统可以降低电池母线监控的成本和复杂度。

Description

用于监控电池母线的系统

技术领域

本实用新型涉及监控为车辆供电的电池组的电池组母线。 

背景技术

许多油电混合动力车辆从电池接收至少部分动力。电池可以由串联和并联的电池单元组成，以将动力提供给驱动车辆的电动机。此外，电池可以配置有母线，以传输电池组内的电荷。母线劣化会降低电池组的当前容量或电压。同样地，可以使用各种方法来监控电池母线的性能。 

实用新型内容

本文中发明人已经意识到，可以利用温度传感器监控电池母线，而同时可以策略地选择温度传感器的位置和布置方式以降低系统成本和复杂度。同样地，本文中发明人开发了用于监控电池母线状态的方法，包括：将多个温度传感器耦合至多条母线；以菊花链结构（daisy-chain configuration）电耦合多个温度传感器；以及响应于菊花链结构的输出状态的改变，调节电池组操作。 

通过以菊花链结构电连接温度传感器，可以通过较便宜和简单的结构形式来监控电池母线的状态。例如，代替用于监控电池母线的控制器输入的数量等于电池母线的数量，可以减少控制器输入的数量，并且在一些情况下，减小为仅一个输入。此外，本实用新型包括响应于菊花链改变的温度传感器的状态改变，调节电池组操作。因此，本方法可以用于调节电池组操作以进一步限定电池组内的劣化。 

本实用新型提供一种用于监控电池母线的系统，包括：多个电池单元，包括电池模块；多条电池母线，与所述多个电池单元电连接；以及多个温度传感器，以菊花链结构电连接并且机械连接至所述多条母线。 

优选地，用于监控电池母线的系统还包括控制器，所述控制器包括用于响应于所述菊花链结构的状态变化调整电池组的操作的指令。 

优选地，所述菊花链结构包括将第一温度传感器的引线电连接至第二温度传感器的第一引线以及将所述第二温度传感器的第二引线电连接第三温度传感器的引线，其中，所述第一温度传感器连接至与第一单元相邻的母线，以及所述第二温度传感器连接至与第二单元相邻的母线。 

优选地，所述多个温度传感器是正温度系数传感器。 

优选地，所述电池单元是锂离子电池单元。 

优选地，所述多个温度传感器是针对所述控制器的单个数字输入的输入端。 

本描述还提供了多个优点，例如，本方法可以降低监控电池母线的成本。另外，本方法可以减少电连接和监控电池母线的控制器的输入的数量。 

通过单独进行或者结合附图进行的以下详细描述，更容易理解本实用新型的以上优点、其他优点以及特征。 

应该理解，提供以上概述，从而以简化形式引入以下详细描述中进一步描述的概念选择。并不旨在识别要求的主题的主要或关键特征，而是通过以下详细描述的权利要求唯一地限定本实用新型的范围。此外，所要求的主题不仅限于解决以上或该公开内容的任何部分中的任何缺点的实施方式。 

附图说明

图1示出了电池组或组件的分解示意图； 

图2示出了示例性电池模块的示意图； 

图3示出了示例性电池单元堆的分解示意图； 

图4示出了用于监控电流传输电池母线的系统的示意图； 

图5示出了用于监控电流传输电池母线的系统的示意图； 

图6示出了用于减少监控电流传输电池母线温度的电连接的数量的代表性温度传感器的传输功能图；以及 

图7示出了用于监控电流传输电池母线的方法的流程图。 

具体实施方式

本实用新型描述涉及监控可以提供驱动车辆的动力的电池的电流传输电池母线。在一个实施例中，如图2至图3所示的电池单元可以结合在如图1所示的电池组中。图4示出了用于监控电流传输电池母线的系统的一个实例，而图5描述了具有不可用于图4所示的的系统的优点的可选电流传输电池母线的监控系统。图6描述了用于改进监控电流传输电池母线的示例性方法。 

电流传输电池母线用于将电荷从一个电池单元传送至另一电池单元。以这种方式，可以结合电池单元的电荷来提供电池组的可用电压和电流。电流传送电池母线的温度可以用作电流传输电池母线的性能或状态的指示。例如，如果电流传输电池母线的条件劣化，则电池总线的温度可能会升高。因此，可以期望监控电池母线的温度，使得如果确定存在电池母线劣化，则可以采取缓解行动。本实用新型提供了简化成本效率系统和用于监控电池母线的方法。 

图1示出了电池组件1的分解图；电池组件可以了包括盖10、连接装置12、第一冷却子系统14（例如，冷却板）、多个电池模块16、第二冷却子系统18（例如，冷却板）以及底盘20。当装配时，盖可以经由适当连接装置（诸如螺钉、粘合剂等）附接至底盘，以形成环绕连接装置、冷却子系统以及电池模块的壳体。 

电池模块16可以包括被配置成存储能量的多个电池单元。尽管示出了多个电池模块，但是应该理解，在其他实例中，可以利用单个电池模块。电池模块16可以介于第一冷却子系统14和第二冷却子系统18之间，其中，电池模块在冷却子系统之间面向外部的侧面21上设置有其电端子。 

每个电池模块都可以包括第一面23和第二面25。第一面和第二面可以分别称为底面和顶面。顶面和底面可以位于本文中关于图2和图3更详细地论述的电端子的两侧。在该实例中，每个电池模块的顶面位于电池组件中的公共平面内。同样地，每个电池模块的底面位于电池组件中的公共平面内。然而，在其他实例中，每个电池模块的仅顶面或底面可以位于公 共平面内。以这种方式，冷却子系统可以保持与电池模块的顶面和底面直接接触，以提高如本文中进一步描述的热传递并改善冷却能力，其中，冷却子系统和电池模块共面接触。本文中结合图2和图3描述了示例性电池模块的其他具体细节。在可选实例中，可以在电池组件1中仅包括一个冷却子系统，例如，上冷却子系统（在该实例中，子系统14）。而且，第一冷却子系统和第二冷却子系统的位置、大小和几何形状实际上为示例性的。因此，在其他实例中，可以基于电池组件的各种设计参数，改变第一冷却子系统和/或第二冷却子系统的位置、尺寸和/或几何形状。 

电池组件1还可以包括电分布模块33（EDM）、监控和平衡板35（MBB）以及电池控制模块37（BCM）。可以通过集成在电池模块16上的MBB来监控和平衡电池模块16中的电池单元的电压。平衡电池单元指的是均衡电池单元堆中的多个电池单元之间的电荷。此外，可以均衡电池单元堆之间的电池单元电压。MBB可以包括多个电流、电压和其他传感器。EDM控制从电池组至电池负载的功率分布。尤其是，EDM包括用于将高压电池功率连接至诸如变频器的外部电池负载的接触器。BCM提供对电池组系统的管理控制。例如，BCM可以控制电池组内的诸如EDM和单元MBB的辅助模块（ancillary module）。此外，BCM可以由微处理器组成，该微处理器具有随机存取存储器、只读存储器、输入端口、实时时钟、输出端口以及用于与电池组外部的系统以及MMB和其他电池组模块进行通信的计算机局域网（CAN）端口。 

图2示出了在如图1所示的多个电池模块16中所包括的示例性电池模块200。电池模块200可以包括具有多个堆式电池单元和输出端子201的电池单元堆。堆式布置允许将电池单元密集地封装在电池模块中。 

图3示出了示例性电池单元堆300的一部分的分解图。如图所示，以壳体散热器310、电池单元312、兼容垫（compliant pad）314、电池单元316等的顺序构建电池单元堆。然而，应该理解，其他布置也是可能的。例如，以壳体散热器、电池单元、壳体散热器等的顺序构建电池单元堆。此外，在一些实例中，壳体散热器可以集成在电池单元中。 

电池单元312可以包括用于连接至母线（未示出）的阴极318和阳极 320。母线将电荷从一个电池单元传送至另一个电池单元。电池模块可以配置有串联和/或并联的电池单元。当电池单元并联结合时，母线连接相同的电池单元端子。例如，第一电池单元的正极端连接至第二电池单元的正极端，以并联结合电池单元。当期望提高电池模块的电压时，母线还连接电池端子的正极端和负极端。电池单元312进一步包括具有电解化合物的方形蓄电池单元324。方形蓄电池单元324与单元散热器326热连接。单元散热器326可以由在一面或多面上弯曲90度的边缘的金属板，以形成凸缘。在图3的实例中，两个相对面包括凸缘。然而，其他几何尺寸是可能的。电池单元312基本上与电池单元316相同。因此，相应地标记出类似部件。电池单元312和316配置有对准和暴露的端子。在图2所示的电池模块200中，连接电端子以能够从电池模块的每个单元中输出能量。再次参考图3，兼容垫314介于电池单元312和电池单元316之间。然而，在其他实例中，电池单元堆中可以不包括兼容垫。 

通过具有在一面或多面上带有弯曲90度的边缘以形成凸缘的基底328金属板来形成壳体散热器310。在图3中，纵向对准边缘330和垂直对准边缘332是弯曲凸缘。如图所示，确定壳体散热器的尺寸以接收一个或多个电池单元。换句话说，一个或多个电池单元可以设置在基底328内。因此，电池单元的凸缘可以与壳体散热器接触并且电池单元312的底边329可以与壳体散热器的基底接触，从而有利于热传递。 

如图2所示，壳体散热器310的纵向对准边缘332中的一个可以形成电池模块200的顶面202的一部分。类似地，纵向对准边缘332中的一个可以可形成电池模块的底面的一部分。因此，壳体散热器的纵向对准边缘可以与第一冷却子系统和第二冷却子系统接触，以改善热传递。以这种方式，热可以从电池传递至电池模块的外部。 

电池单元可以通过捆绑带204和205捆绑在一起。捆绑带可以围绕电池单元堆捆绑或者可以简单地从电池单元堆的前面延伸至电池单元堆的背面。在稍后的实例中，捆绑带可以连接至电池盖。在其他实施例中，捆绑带可以由在端部固定的螺栓组成（例如，金属螺栓）。此外，各种其他方法可以用于提高期望压力。在另一实例中，可以在带有一端能够朝着单元 前后滑动的板的刚性框架中堆叠该单元，以提供期望的压缩力。在又一个实施例中，通过开口销固定在适当位置处的杆可以用于将电池单元固定在适当位置处。因此，应该理解，各种捆绑机构可以用于将单元堆固定在一起，并且应用不仅限于金属或塑料带。盖206提供用于从多个电池单元至电池模块的输出端子传输电荷的电池总线（未示出）的保护。 

电池模块还可以包括连接至电池单元堆的前端盖208和后端盖210。前端盖和后端盖包括模块开口26。然而，在其他实例中，模块开口可以包括在包含电池单元的电池模块的一部分中。 

现在，参考图4，示出了用于监控电池母线的布置的示意图。电池模块402和420通过电流导带414和416电连通。示出了连接电池单元408的母线404，而母线404生成用于通过导带将电池单元堆连接在一起的最低电势电池单元的一侧的电势。示出了以左侧、右侧、左侧布置的方式交替的母线404。该布置能够使电池单元被前后翻转，使得电池单元的阴极和阳极从电池单元堆的左侧和右侧交替。温度感测装置406（例如，热敏电阻或热电偶）示出为耦合至母线404。同样地，电池单元426、温度感测装置424、母线422以及母线428类似地配置有电池模块420。 

温度感测装置406和424示出为均具有延伸至导线束412和430的两条导线。因此，导线的数量是温度感测装置的数量的两倍。图4所示的导线布置能够确定每条母线的温度。然而，图4的导线布置需要监控每个温度感测装置的输入。此外，来自每个温度感测装置的每条导线都需要导电MBB模拟输入的端部和布线。因此，该布线布置可能会提高系统成本和复杂度。 

现在参考图5，示出了用于监控电池母线的系统的示意图。电池单元508和526、母线504和522、母线510和528以及导带514和516被示出为与图4所示的相同。图5还示出了布置为类似于图4所示的温度感测装置的温度感测装置506和524。然而，图5示出了以菊花链布置的温度感测装置506和524。在一个实例中，第一温度传感器布线至第二温度传感器并且第二温度传感器布线至第三温度传感器等。如图5所示，在512和530处，第一温度传感器的一条导线用于监控多个母线504的母线温度。 第一温度传感器的第二导线连接至第二温度传感器的第一导线，并且第二温度传感器的第二导线连接至第三温度传感器。该布线布置在电池模块502和520中继续，从而到达连接至最后电池单元的温度传感器，其中，温度传感器的第二导线成为导线组512和530的一部分。因此，电池模块的多条母线的温度可以通过单组导线进行监控。 

在一个实例中，温度传感器可以具有如图6所示的传输函数的类型。具有在预定温度范围内的输出的高增益或变化的一系列温度传感器可以以菊花链方式连接在一起，使得例如，当一个温度传感器暴露具有在预定温度或高于预定温度的温度下时，温度传感器的链输出有效地将状态改变为更高阻抗状态。尽管利用菊花链温度传感器监控母线温度不允许控制器隔离特定电池单元的温度，但是可以减少布线、布线连接以及控制器输入的数量，该控制器输入用于确定电池模块的电源母线温度是否超过阈值温度。因此，如图5该的布线结构具有优于图4的布线结构的几个优点。 

此外，温度传感器可连接至多条母线中的每条母线上的不同位置。例如，对于两条相同的母线，第一温度传感器可连接到第一母线的第一端，第二温度传感器可连接到第二母线的第二端。第二母线的第二端不同于第一母线的第一端。通过在不同母线的不同位置连接温度传感器，能够定位母线位置处的温度传感器，从而可以更容易示出与电池模块配置相关的母线劣化。 

因此，图5的系统提供了用于监控电池母线的系统，包括：包括电池模块的多个电池单元；电连接多个电池单元的多条电池母线以及以菊花链结构电连接并且机械连接到多条母线的多个温度传感器。该系统还可进一步包括控制器，该控制器包括用于响应于该菊花链结构的状态变化调整电池组的操作的指令。该系统还包括其中菊花链配置包括将第一温度传感器的导线电连接到第二温度传感器的第一导线，以及将第二温度传感器的第二导线连接到第三温度传感器的导线，其中第一温度传感器连接到与第一单元邻近的母线，以及第二温度传感器连接到与第二单元邻近的母线。该系统可合并多个正温度系数的温度传感器。该系统还包括锂离子电池单元。进一步地，该系统还可配置成使得多个温度传感器被输入到控制器的单个的数字输入端。 

现在参考图6，示出了用于减少多个电连接以监控电池母线温度的代表性 温度传感器的传递函数600。传递函数绘图示出了表示温度的X轴。温度从左到右为增加。传递函数绘图示出了表示传感器电阻的Y轴。传感器温度电阻从绘图的底部到绘图的顶部为增加。在温度小于温度阈值的情形下，温度传感器电阻位于传感器电阻在第一水平的第一区域602，并且随着温度在温度阈值以上增加而以第一速率增加，温度传感器输出（例如电阻）在示出的602以第二速率增加，第二速率大于第一速率。在第三区域606，温度传感器电阻保持为高于第一区域602的电阻，但是温度传感器电阻的变化速率减小到小于第二速率的水平。因此，温度传感器电阻提供了在温度传感器暴露在大于阈值温度的温度下后传感器电阻从第一状态转换到第二状态的行为。图6中示出的温度传感器的类似转换的行为可使用在图5示出的系统中以监控电流传输母线的状态。特别地，如果布置为菊花链结构的多个温度传感器的电阻指示为处于高水平的电阻，则可以确定出至少一条电流传输母线的温度在期望水平之上。 

现参考图7，示出了用于监控电流传输电池母线的方法流程图。步骤流程700开始于702，正温度系数温度传感器连接到电池模块的电流传输母线。然而，应当说明的是，如果需要的话，负温度系数温度传感器也可以连接到电流传输母线。在一个实例中，电池母线可用于以并联或串联配置连接电池单元。在一个实例中，温度传感器以图2示出的菊花链结构进行连接。如果一个电池电压的温度超过温度阈值，则多个菊花链的温度传感器的输出改变状态。例如，如果用7个温度传感器监控7条电池母线的温度，并且一条母线的温度超过温度阈值，则菊花链的7个传感器的输出从低电阻状态变为高电阻状态。 

在704，步骤流程700将连接到多条电池母线的多个菊花链温度传感器连接到电路以实现监控。在一个实例中，菊花链传感器连接到分压器网络以便在多个温度传感器中的一个的电阻响应大于温度阈值的母线温度时，分压器网络的电压输出改变。在另一实例中，可以监控连接到多条电池母线的菊花链传感器的电阻以确定电池母线的温度是否超过温度阈值。 

在706，步骤流程700监控多个菊花链温度传感器，这些温度传感器连接到多条电池母线。在一个实例中，可通过模-数转换器的方式监控PTC。在另一个实例中，数字输入可用于监控PTC。例如，如果一个菊花链组的温度传感器响应于一条电池母线的温度超过温度阈值而改变，输入到控制器的数字输入 可从0电平改变为1电平。进一步地，来自多个电池模块的多个温度传感器可以与控制器的数字输入电通信，使得来自多个电池模块的任何一个劣化的电池单元可以指示出电池母线劣化。在一个实例中，由控制器监控的特定信号可响应于多个温度传感器中的每一个，使得如果任何一个温度传感器指示出劣化，则由控制器接收的信号指示为劣化。相反地，只有电路中的每个温度传感器指示出温度在可接收的限度内，信号不指示为劣化。 

在708，步骤流程判断温度传感器是否指示劣化。在一个实例中，如果输入到控制器的输入大于阈值水平，则可以确定存在母线劣化。在另一个实例中，可以在输入到控制器的输入小于阈值水平时确定存在母线劣化。如果步骤流程700判断出温度传感器指示为劣化，则步骤流程700进行到710。否则，步骤流程710进行到退出。 

在710，步骤流程700响应于由温度传感器（为菊花链结构）指示的母线条件而调整电池操作。在一个实例中，电池控制器可响应于母线劣化的指示而减少电池的输出。例如，电池控制器可限制电池组的电流输出。在另一实例中，电池控制器可向车辆控制器发送状态消息，以便车辆控制器限制和/或减少来自车辆引擎的转矩量。进一步地，电池组控制器可发送状态消息以便维持一些车辆系统的电流电平，和以便减少供应给其他车辆系统的电流。通过这种方式，可减少电池组上的整个电流需求。仍进一步地，电池组可发出电池劣化消息以便车辆控制器可将车辆系统的电流需求限制为一些预定量。例如，如果电池组发送劣化指令，则车辆控制器可将车辆推进引擎的电流限制为满电流的60%。进一步地，车辆控制器可将配件的电流（例如空调电流）限制为满电流的20%。在一些实施例中，电池控制器状态消息可将限定可用电流量的状态消息发送给车辆以便车辆控制器能够设置与车辆系统接收电池电流相关的优先级。进一步地，车辆控制器可以根据电池控制器发送的状态消息为不同的车辆系统设置电流限制。然后，步骤流程700进行到退出。 

因此，图7的方法提供了用于监控电池母线状态的方法，包括：响应于多个温度传感器中的任意一个的输出状态的变化调整电池组的操作，该多个温度传感器在不同的位置连接到一条或多条母线，并且为菊花链结构。该方法可包括菊花链结构，其包括第一温度传感器的导线电连接到第二温度传感器的第一 导线，第二温度传感器的第二导线电连接到第三温度传感器的导线。进一步地，该方法可包括为正温度系数传感器的温度传感器。该方法还可以调整电池组操作使得减少电池组的输出。进一步地，该方法可以通过发送状态消息来调整电池组操作，以便外部负载限制从该电池组得到的电流。该方法可以适用于多条母线连接到单个电池模块。该方法还适用于电池模块是被包括在电池组中的多个电池模块中的一个。该方法还适用于多条电池母线电连接到多个锂电池单元。 

图7的方法还提供了一种用于监控电池母线状态的方法，包括：将多个温度传感器连接到多条电池母线；以菊花链结构电连接该多个温度传感器；将该多个温度传感器电连接到控制器的数字输出；以及响应于该数字输出的状态变化调整电池组操作。该方法还适用于多个温度传感器连接到一个电池组中的多条母线。该方法还适用于电池模块是电池组的多个电池模块中的一个电池模块。该方法中的菊花链结构包括将第一温度传感器的导线电连接到第二温度传感器的第一导线；以及将该第二温度传感器的第二导线连接到第三温度传感器的导线。该方法中的调整电池组操作包括减少电池组的输出。此外，该方法中的调整电池组操作包括发送状态消息以便外部负载限制从该电池组提取的电流。 

本公开的主旨包括在此公开的所有各种系统和配置和其他特征、功能和/或特性的新的且非显而易见的组合和次组合。 

下面的权利要求具体指出了某些被认为是新的并且非显而易见的组合和次组合。这些权利要求可涉及一个元件或第一元件或者其等效元件。这种权利要求应被理解为包括一个或者多个这种元件的合并，既不要求也不排除二个或多个这种元件。通过该申请或相关申请中对权利要求的修改或提出的新权利要求可请求保护所公开的部件、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合。这种权利要求，不论其范围是否宽于、窄于、等于或者不同于原权利要求，也被认为被包括在本公开的主旨内。 

Claims (6)

1.一种用于监控电池母线的系统，包括： 

多个电池单元，包括电池模块； 

多条电池母线，与所述多个电池单元电连接；以及 

多个温度传感器，以菊花链结构电连接并且机械连接至所述多条电池母线。 

2.根据权利要求1所述的用于监控电池母线的系统，还包括控制器，所述控制器包括用于响应于所述菊花链结构的状态变化调整电池组的操作的指令。 

3.根据权利要求1所述的用于监控电池母线的系统，其中，所述菊花链结构包括将第一温度传感器的引线电连接至第二温度传感器的第一引线以及将所述第二温度传感器的第二引线电连接第三温度传感器的引线，其中，所述第一温度传感器连接至与第一单元相邻的母线，以及所述第二温度传感器连接至与第二单元相邻的母线。 

4.根据权利要求3所述的用于监控电池母线的系统，其中，所述多个温度传感器是正温度系数传感器。 

5.根据权利要求1所述的用于监控电池母线的系统，其中，所述电池单元是锂离子电池单元。 

6.根据权利要求2所述的用于监控电池母线的系统，其中，所述多个温度传感器是针对所述控制器的单个数字输入的输入端。 

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