-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Batteriespannungssensoren
und -systeme und insbesondere einen Integrierte-Schaltung-Batteriespannungssensor
und Batteriespannungsmesssystem zum Abfühlen einzelner
Batteriespannungen eines Batteriepacks mit angemessener Hochspannungsisolation
und einem minimalen Strom, der von den einzelnen Batterien gezogen
wird.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Um
elektrische und Hybridfahrzeuge auf einer breiten Basis zu kommerzialisieren,
müssen die Energiespeichervorrichtungen oder Batterien,
welche die teuerste Komponente des Fahrzeugs sind, über
die Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässig arbeiten. In
einer typischen Konfiguration sind die Batterien von einem Stapel
von in Reihe geschalteten elektrochemischen Zellen gebildet.
-
Eine übliche
Anforderung an große Stapel von elektrochemischen Zellen,
die in elektrischen und Hybridfahrzeugen verwendet werden, insbesondere
in fortschrittlichen Anwendungen wie beispielsweise Blei-Säure-,
Li-Ionen- oder NiMH-Batteriepacks, besteht das Bedürfnis,
einzelne oder Gruppen von Zellenspannungen fast gleichzeitig zu
messen. In der Praxis bedeutet dies, dass die Messungen innerhalb
eines Zeitfensters von einigen Millisekunden durchgeführt
werden sollten.
-
Konventionellerweise
wird ein fliegender-Kondensator-Verfahren in hybridelektrischen Fahrzeugen
zur Batteriespannungsmessung und- überwachung verwendet.
Mit Bezug auf 1 ist ein diskretes Batteriesensorsystem
veranschaulicht, welches ein fliegender-Kondensator-Verfahren verwendet.
Wie in 1 dargestellt, ist eine einzelne Batterie oder
Zelle Bat1-Batn eines Batteriepacks mit einem Messkondensator Cs
verbunden durch Einschalten der entsprechenden Festkörper-Relais (engl.
solid-state relays, SSRs). Ein Widerstand Rs ist in Reihe zu den
Messkondensatoren Cs hinzugefügt, um den Übergangsladestrom
auf einen angemessenen Wert zu beschränken.
-
Zum
Beispiel, wenn Batterie Bat1 gemessen werden muss, werden die Festkörperrelais
SSR#1 und SSR#2 angeschaltet, der Rest der Festkörperrelais
SSR#3–SSR#n bleiben ausgeschaltet und der Messkondensator
Cs wird dann vollständig geladen auf die Spannung der Batterie
Bat1. Die Festkörperrelais SSR#1 und SSR#2 werden ausgeschaltet,
bevor die Festkörperrelais SSR#11 und SSR#12 angeschaltet
werden und der Analog-zu-Digital-Wandler ADC tastet dann die skalierte
Version der Spannung, die in dem Kondensator Cs gespeichert ist,
durch einen Widerstandsteiler, welcher einen Widerstand R1X und
einen Widerstand R2X umfasst, ab. Das konvertierte digitale Signal,
welches die skalierte Batteriespannung der Batterie Bat1 repräsentiert,
wird dann zu der Steuervorrichtung zur weiteren Systemverarbeitung
transferiert.
-
Festkörperrelais
SSR#13 und SSR#14 werden alternativ mit den Festkörperrelais
SSR#11 und SSR#12 verwendet, um die Polaritätsinversion
der alternierenden Batterien, die mit den zwei gemeinsamen Bussen
verbunden sind, zu korrigieren.
-
Jedoch
gibt es mehrere Nachteile der Batteriespannungsabfühlimplementierung,
wie sie in 1 dargestellt ist. Erstens,
um den Effekt der Festkörperrelais (SSRs) und parasitären
Leckverluste zu minimieren, müssen die Abfühlkondensatoren
Cs ausreichend groß sein. Ein großer Abfühlkondensator
Cs bedeutet eine größere Ladungsmenge während
des Abfühlens oder einen größeren Ladestrom, wenn
die Ladezeit konstant gehalten wird. Zweitens ist ein großer
Ladestrom unerwünscht und wird wahrscheinlich EMI-Probleme
verursachen hinsichtlich der Unausgeglichenheit in den Ladepfad-Impedanzen.
Ein Übergangsstrom limitierender Transistor Rs wird hinzugefügt,
um den Ladestrom auf einen vernünftigen Wert zu limitieren.
Jedoch, zusammen mit den Abfühlkondensatoren Cs, verlangsamt
die Tiefpass-Charakteristik unvermeidlich die Systemgeschwindigkeit.
Zusätzlich wird die Systemgeschwindigkeit weiter beeinflusst
durch die Schalter, welche durch die Festkörperrelais (SSRs)
implementiert sind. Festkörperrelais (SSRs) sind allgemein
ziemlich langsam aufgrund ihres Arbeitsmechanismus. Daneben muss
ein „Trennen-vor-Herstellen" (engl. „break-before-make")
in einem Abfühl-(oder Abtast-)und-Halte-System strikt überwacht
werden. Ferner benötigt jedes Festkörperrelais
(SSR) ein Steuersignal, was bewirkt, dass diese diskrete Lösung
nicht nur eine hohe Komponentenzahl aufweist, sondern auch im Hinblick
auf die Leitungsführungen sehr kompliziert ist.
-
Folglich
gibt es ein Bedürfnis für Techniken zum Abfühlen
individueller Batteriespannungen eines Batteriepacks innerhalb einer
relativ kurzen Zeitdauer. Ferner gibt es ein Bedürfnis
für einen integrierten Batteriesensor zur Verwendung in
einem Batteriespannungsmesssystem, welcher die Komponentenzahl und
die Systemleitungsführungen (Routings) reduziert.
-
Verschiedene
Patentdokumente, welche Gegenstände umfassen, die direkt
oder indirekt das Gebiet der vorliegenden Offenbarung betreffen,
umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, die folgenden:
- US-Patent Nr. 5,808,469 von
Kopera für „Batterieüberwacher für
elektrische Fahrzeuge", 15. September 1998.
- US-Patent Nr. 6,094,031 von
Shimane et al., für „Batterie-Konditionier-Detektier-Vorrichtung
und Batterie-Konditionier-Detektier-Einheit, welche ein optisches
Signal verwendet", 25. Juli 2000.
- US-Patent Nr. 6,166,549 von
Ashtiani et al. für „Elektronische Schaltung zum
Messen von in Reihe geschalteten elektrochemischen Zellenspannungen", 26.
Dezember 2000.
- US-Patent Nr. 6,411,097 von
Ashtiani et al., für „Elektronische Schaltung
zum Messen von in Reihe geschalteten elektrochemischen Zellenspannungen", 25.
Juni 2002.
- US-Patent Nr. 6,472,880 von
Kang für „Präzisionsspannungsmesssystem
unter Verwendung von Relais isolierten Schaltungen", 29. Oktober
2002.
- US-Offenlegungsschrift
Nr. 2006/0164042 von Sim für „Vorrichtung
und Verfahren zum Überwachen einer Lade/Entladekapazität
von Batteriepacks", 27. Juli 2006.
- US-Offenlegungsschrift
Nr. 2007/0090802 von Seo für „Batteriemanagementsystem",
26. April 2007.
- US-Offenlegungsschrift
Nr. 2007/0096697 von Maireanu für „Batterietreibstoffeichschaltung",
3. Mai 2007.
- US-Offenlegungsschrift
Nr. 2007/0114973 von Miyamoto für „Batteriespannungsüberwachungsvorrichtung",
24. Mai 2007.
-
Die
Daten der vorstehenden Publikationen können jedem von Prioritätsdatum,
Anmeldedatum, Publikationsdatum und Erteilungsdatum entsprechen.
Die Auflistung der obigen Patente und Patentanmeldungen in diesem
Hintergrundabschnitt sind nicht, und sollen nicht ausgelegt werden
als, ein Zugeständnis der Anmelder oder ihres Vertreters,
dass eine oder mehrere Veröffentlichungen von der obigen Liste
einen Stand der Technik in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen
der Anmelder bildet.
-
Zusammenfassung
-
Ein
integrierte-Schaltung-Batteriespannungssensor und- Batteriespannungsmesssystem zum
Abfühlen einzelner Batteriespannungen eines Batteriepacks
mit angemessen hoher Spannungsisolation und einem minimalen Strom,
der von den einzelnen Batterien gezogen wird, werden bereitgestellt.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Batteriesensor bereitgestellt,
welcher einen Spannungssensor umfasst, der konfiguriert ist, um
eine Spannung einer Batterie abzutasten; und einen Puffer in elektrischer
Kommunikation mit dem Spannungssensor und konfiguriert zum Skalieren
der abgetasteten Batteriespannung und Ausgeben eines Spannungssignals
proportional zu der abgetasteten Batteriespannung; wobei der Spannungssensor
ferner konfiguriert ist zum Isolieren des Puffers von der Batterie.
Der Spannungssensor umfasst einen ersten Kondensator, welcher an
einen positiven Potentialanschluss der Batterie gekoppelt ist und einen
zweiten Kondensator, welcher an einen negativen Potentialanschluss
der Batterie gekoppelt ist.
-
In
einem anderen Aspekt umfasst der Batteriesensor ferner mindestens
eine Umschaltvorrichtung, welche konfiguriert ist zum Koppeln des Spannungssensors
mit der Batterie während einer Abtastphase und zum Koppeln
des Spannungssensors mit dem Puffer während einer Haltephase.
-
In
einem weiteren Aspekt umfasst der Batteriesensor ferner einen Signalgenerator,
welcher konfiguriert ist zum Erzeugen eines ersten Signals zum Steuern
der mindestens einen Umschaltvorrichtung in Reaktion auf ein externes
zweites Signal. Eine erste mindestens eine Umschaltvorrichtung ist
gekoppelt zwischen der Batterie und dem Spannungssensor, wobei die
Batterie ferner mindestens einen Kondensator zum Isolieren des Signalgenerators
von der ersten mindestens einen Umschaltvorrichtung umfasst.
-
In
einem Aspekt ist der Puffer eine erste-Ordnung-Abtast-und-Halte-Vorschaltung
erster Ordnung oder eine Abtast-und-Halte-Schaltung mit einer erste-Ordnung-Tiefpass-Filtercharakteristik.
-
In
einem nochmals anderen Aspekt umfasst der Batteriesensor ferner
einen ersten zeitkontinuierlichen Filter, welcher mit dem Ausgang
des Puffers gekoppelt ist. Optional umfasst der Batteriesensor ferner
einen zweiten Filter, welcher gekoppelt ist an einen Ausgang des
ersten Filters konfiguriert zum Ausgeben einer gewünschten
Frequenzantwort des ausgegebenen Spannungssignals.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Batteriesensor
ferner eine
Zellenabstimmungsschaltung/Zellenausgleichsschaltung,
welche konfiguriert ist zum Ableiten von Strom von der Batterie.
In einer Ausführungsform ist der Signalgenerator ferner
konfiguriert zum Kodieren eines Stromableitsignals auf das erste
Signal zum Steuern der Zellenabstimmungsschaltung. Der Batteriesensor
umfasst ferner einen Decoder, welcher zwischen dem mindestens einen
Kondensator und der Zellenabstimmungsschaltung gekoppelt ist, wobei
der Decoder konfiguriert ist zum Dekodieren des Stromableitsignals
von dem ersten Signal.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine integrierte
Schaltung zum Abfühlen einer Spannung einer Batterie ein
erstes Die umfassend einen ersten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert
ist zum Koppeln an einen positiven Potentialanschluss der Batterie,
und einen zweiten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert zum Koppeln
an einen negativen Potentialanschluss der Batterie; und ein zweites
Die umfassend einen Spannungssensor, der konfiguriert ist zum Abtasten
einer Spannung der Batterie, wobei der Spannungssensor in elektrischer
Kommunikation mit den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen
ist, und wobei das erste und zweite Die voneinander elektrisch isoliert sind.
Der Spannungssensor umfasst einen ersten Kondensator, welcher an
den ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist und einen zweiten Kondensator,
welcher an den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist.
-
In
einem anderen Aspekt umfasst die integrierte Schaltung ferner mindestens
eine Umschaltvorrichtung, welche ausgebildet ist zum Koppeln des Spannungssensors
mit dem bzw. an den ersten und zweiten Eingangsanschluss während
einer Abtastphase und zum Koppeln des Spannungssensors mit einem
Puffer während einer Haltephase. Ein Signalgenerator ist
auf dem zweiten Die angeordnet, konfiguriert, um ein erstes Signal
zu erzeugen zum Steuern der mindestens einen Umschaltvorrichtung
in Reaktion auf ein externes zweites Signal, wobei eine erste mindestens
eine Umschaltvorrichtung gekoppelt ist zwischen dem ersten oder
zweiten Eingangsanschluss und dem Spannungssensor, und wobei die integrierte
Schaltung ferner mindestens einen Kondensator zum Isolieren des
Signalgenerators von der ersten mindestens einen Umschaltvorrichtung
aufweist. Ein Puffer ist auf dem zweiten Die angeordnet in elektrischer
Kommunikation mit dem Spannungssensor und konfiguriert zum Skalieren
der abgetasteten Batteriespannung und Ausgeben eines Spannungssignals
proportional zu der abgetasteten Batteriespannung.
-
In
einem nochmals anderen Aspekt umfasst die integrierte Schaltung
ferner eine Zellenabstimmungsschaltung, welche auf dem ersten Die
angeordnet ist, konfiguriert zum Ableiten von Strom von der Batterie,
wobei der Signalgenerator ferner ausgebildet ist, zum Kodieren eines
Stromableitsignals auf das erste Signal zum Steuern der Zellenabstimmungsschaltung.
Ein Decoder ist auf dem ersten Die angeordnet, gekoppelt zwischen
den mindestens einen Kondensator und die Zellenabstimmungsschaltung,
wobei der Decoder konfiguriert ist zum Dekodieren des Stromableitsignals
von dem ersten Signal.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zum
Abfühlen einer Batterie bereitgestellt. Das System umfasst eine
Batterie enthaltend mindestens eine Zelle mit einem ersten positiven
Potentialanschluss und einem zweiten negativen Potentialanschluss;
mindestens einen Batteriesensor, welcher mit dem ersten und dem
zweiten Anschluss der mindestens einen Zelle gekoppelt ist, wobei
der mindestens eine Batteriesensor einen einzigen Anschluss umfasst
zum Ausgeben einer Spannung, welche repräsentativ ist für eine über
dem ersten und dem zweiten Anschluss abgetastete Spannung; einen
Analog-zu-Digital-Konverter, welcher an den einzigen Anschluss des
mindestens einen Batteriesensors gekoppelt ist, konfiguriert zum
Ausgeben einer digitalen Darstellung der abgetasteten Spannung;
und eine Steuervorrichtun konfiguriert zum Empfangen der digitalen
Darstellung der abgetasteten Spannung und zum Erzeugen eines Freigabesignals
zum Steuern einer Abtast-und-Halte-Funktion des mindestens einen
Batteriesensors, wobei der mindestens eine Batteriesensor einen
Spannungssensor umfasst, welcher konfiguriert ist zum Abtasten einer
Spannung der mindestens einen Zelle; und einen Puffer in elektrischer Kommunikation
mit dem Spannungssensor und konfiguriert zum Skalieren der abgetasteten
Batteriespannung; wobei der Spannungssensor ferner konfiguriert
ist zum Isolieren des Puffers von der mindestens einen Zelle. Der
Spannungssensor umfasst einen ersten Kondensator, welcher an den
ersten positiven Potentialanschluss gekoppelt ist und einen zweiten
Kondensator, welcher an den negativen Potentialanschluss gekoppelt
ist.
-
In
einem weiteren Aspekt umfasst das System ferner eine Zellenabstimmungsschaltung,
welche konfiguriert ist zum Ableiten von Strom von der mindestens
einen Zelle der Batterie.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Diese
und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung
werden beschrieben oder werden offensichtlich von der folgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen,
welche zu lesen ist in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
-
In
den Zeichnungen, worin ähnliche Bezugszahlen ähnliche
Elemente durch die Ansichten bezeichnen:
-
ist 1 ein
Diagramm eines bekannten diskreten Batteriesensorsystems;
-
ist 2 ein
Diagramm eines exemplarischen Batteriespannungsabfühlsystems
gemäß der vorliegenden Offenbarung;
-
ist 3 ein
Schaltungsblockdiagramm eines Batteriespannungssensors gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
ist 4 ein
Schaltungsblockdiagramm eines Batteriespannungssensors gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
ist 5(a) ein Diagramm einer Ausführungsform
einer Pufferschaltung zur Verwendung in dem Batteriespannungssensor
der vorliegenden Offenbarung;
-
ist 5(b) ein Diagramm einer alternativen Ausführungsform
der Pufferschaltung für den BUF-Block dargestellt in 4;
und ist 5(c) eine nochmals andere alternative
Ausführungsform der Pufferschaltung für den BUF-Block,
welcher in 3 dargestellt ist;
-
ist 6 ein
Diagramm einer Filterschaltung zur Verwendung in dem Batteriespannungssensor der
vorliegenden Offenbarung;
-
ist 7 ein
Diagramm eines exemplarischen Batteriespannungssensors umfassend
einen Off-Chip-RC-Filter und einen On-Chip-Aktiv-Filter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
ist 8 ein Diagramm eines exemplarischen Batteriespannungssensors
umfassend eine Zellenabstimmungsschaltung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und 8(b)–8(c) sind
exemplarische alternative Ausführungsformen von Zellausgleichskonfigurationen;
-
illustrieren 9(a)–(d) Strom-Nebenschluss und Strom-Dissipation
einer Zellenabstimmung;
-
ist 10(a) ein Blockdiagramm von Abtast-, Halte-, und
Zellenabstimmungs-Schaltungen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung; und
-
ist 10(b) ein Timing-Diagramm eines Abtast-, Halte-
und Zellenabstimmungsstromableitungsbefehlskodierschemas gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
-
Es
versteht sich, dass die Zeichnung(en) zum Zweck der Illustration
der Konzepte der Offenbarung sind und nicht notwendigerweise die
einzige mögliche Konfiguration zum Veranschaulichen der Offenbarung
sind.
-
Detaillierte Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
-
Es
versteht sich, dass die in den FIGS. dargestellten Elemente in verschiedenen
Formen von Hardware, Software oder Kombinationen hiervon implementiert
werden können. Vorzugsweise sind diese Elemente implementiert
in einer Kombination von Hardware und Software auf einer oder mehreren
geeignet programmierten Universalvorrichtungen, welche einen Prozessor,
Speicher und Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen umfassen können.
-
Die
vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der vorliegenden
Offenbarung. Es wird folglich begrüßt werden,
dass die Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen auszuarbeiten,
die, obwohl nicht explizit hierin beschrieben oder dargestellt,
die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und in ihrem
Geist und Umfang umfasst sind.
-
Alle
Beispiele und Konditionalsprache, die hierin vorgetragen werden,
sind für pädagogische Zwecke gedacht, zum Unterstützen
des Lesers im Verständnis der Prinzipien der Offenbarung
und der Konzepte, die von den Erfindern beigetragen wurden zum Weiterbringen
der Technik und sollen ausgelegt werden, um ohne Limitierung für
solche spezifischen vorgetragenen Beispiele und Bedingungen zu sein.
-
Darüber
hinaus sind hierin alle Äußerungen, welche Prinzipien,
Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung, wie auch
spezifische Beispiele hiervon vortragen, dafür gedacht,
sowohl strukturelle als auch funktionale Äquivalente hiervon
zu umfassen. Zusätzlich ist es beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl
momentan bekannte Äquivalente einschließen, als
auch Äquivalente, die zukünftig entwickelt werden,
d. h., jedwede entwickelten Elemente, welche dieselbe Funktion durchführen,
ungeachtet der Struktur.
-
Die
Funktionen der verschiedenen Elemente, die in den Figuren dargestellt
sind, können bereitgestellt werden durch die Verwendung
von dezidierter Hardware als auch Hardware, die geeignet ist, Software
in Verbindung mit geeigneter Software auszuführen. Wenn
sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können
die Funktionen durch einen einzigen dezidierten Prozessor bereitgestellt
werden, durch einen einzigen anteilig genutzten Prozessor, oder
durch eine Vielzahl von einzelnen Prozessoren, von denen einige
anteilig genutzt werden können. Darüber hinaus
sollte die explizite Verwendung des Ausdruckes „Prozessor"
oder „Steuervorrichtung" nicht ausgelegt werden als eine
ausschließliche Bezugnahme auf Hardware, die geeignet ist,
um Software auszuführen, und kann implizit, ohne Einschränkung,
eine digitale Signalprozessor („DSP")-Hardware, Nur-Lese-Speicher
(„ROM") zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher („RAM"),
und nicht flüchtigen Speicher einschließen.
-
Andere
Hardware, konventionell und/oder maßgeschneidert, kann
ebenfalls umfasst sein. In ähnlicher Weise sind alle Schalter,
die in den Figuren dargestellt sind, nur konzeptionell. Ihre Funktion kann
ausgeführt werden durch die Operation einer Programmlogik,
durch eine dezidierte Logik, durch die Wechselwirkung von Programmsteuerung
und dezidierter Logik oder sogar manuell, wobei die jeweilige Technik
auswählbar ist durch den Implementierer, wie dies genauer
von dem Kontext verstanden werden kann.
-
In
den Ansprüchen hierin ist jedes Element, das ausgedrückt
ist als ein Mittel zum Durchführen einer spezifizierten
Funktion, dafür gedacht, jeden Weg der Durchführung
dieser Funktion zu umfassen, einschließlich, zum Beispiel,
a) eine Kombination von Schaltungselementen, die die Funktion durchführen oder b)
Software in jeder Form, einschließlich, dafür, Firmware,
Mikrocode oder ähnliches, kombiniert mit geeigneter Schaltung
zum Ausführen dieser Software, um die Funktion durchzuführen.
Die Offenbarung, wie sie durch solche Ansprüche definiert
ist, beruht auf der Tatsache, dass die Funktionalitäten,
die durch die verschiedenen wiedergegebenen Mittel bereitgestellt
werden, kombiniert sind und zusammengebracht sind in einer Weise,
die die Ansprüche fordern. Folglich gilt, dass jedwede
Mittel, die diese Funktionalitäten liefern können, äquivalent
sind zu den hierin dargestellten.
-
Ein
Integrierte-Schaltung-Batteriesensor und ein System zum Abfühlen
einer Vielzahl von Batteriespannungen eines Batteriepacks wird bereitgestellt. Durch
Verwendung moderner Technologie und integrierter Schaltungstechniken,
sind der Sensor und das System der vorliegenden Offenbarung nicht
nur in der Lage, eine skalierte Batteriespannung viel schneller
als konventionelle Techniken abzufühlen und auszugeben,
sondern minimiert auch die Anzahl von benötigten Steuersignalen
und Routing. Ferner zieht der Batteriesensor und das System nur
einen kleinen Strombetrag von dem Batteriepack.
-
Ein
exemplarisches Batteriespannungsabfühlsystem 10 gemäß der
vorliegenden Offenbarung ist in 2 dargestellt.
Das System 10 verwendet einen integrierte-Schaltung-Batteriesensor 100,
wobei der Batteriesensor 100 intern isoliert ist, wie dies
genauer unten mit Bezug auf 3 beschrieben
wird. Eine Batteriespannung wird abgefühlt durch den Batteriesensor 100 und
wird übermittelt durch die Isolationsbarriere, skaliert
und gepuffert durch Verstärker, um eine Spannung auszugeben,
die repräsentativ ist für die Batteriespannung.
Die einzelnen Batteriesensoren werden durch entsprechende Freigabesignale von
einer externen Steuervorrichtung 14 freigegeben. Um die
Spannung des Batteriepacks nacheinander abzufühlen, wird
zu jeder Zeit nur ein Batteriesensor 100 freigegeben, wohingegen
der Rest der Abgaben des Batteriesensors mit drei Zuständen sind.
Die Abgaben aller Batteriesensoren werden zusammengekürzt
und in einen Analog-zu- Digital-Konverter (ADC) 12 gespeist.
Die Spannungsabgabe Vout von jedem Batteriesensor 100 wird
gespeist in einen Eingang des ADC 12, welcher dann eine
digitale Darstellung der Batteriespannung an die Steuervorrichtung 14 zur
weiteren Verarbeitung ausgibt.
-
Bezug
nehmend auf 3 ist ein Batteriespannungssensor 100 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der
Batteriesensor 100 umfasst zwei separate Silizium-Dies
in einem gruppierten (engl. packaged) Chip, ein Hochseiten-Die 102 und
ein Niedrigseiten-Die 104. Durch zwei separate Dies in
demselben Chip kann jedes Die 102, 104 intern
von dem anderen isoliert werden. Vier Hochspannungskondensatoren Cs1,
Cs2, Cen1 und Cent werden bereitgestellt, um die abgefühlten
Batteriespannungssignale zwischen den zwei isolierten Dies oder
Chips 102, 104 zu übermitteln.
-
Der
Batteriesensor 100 umfasst mindestens zwei Eingangsanschlüsse 106, 108 zur
Kopplung an eine Batterie, die abgefühlt werden soll. Der
Eingangsanschluss V–BATT+ 106 ist
an einen positiven Potentialanschluss der Batterie oder Zelle gekoppelt und
ein Eingangsanschluss V_batt– 108 ist an einen negativen
Potentialanschluss der Batterie oder Zelle gekoppelt. Der Eingangsanschluss
V_batt+ 106 ist gekoppelt an den Kondensator Cs1 und der
Eingangsanschluss V_batt– 108 ist gekoppelt an
einen Kondensator Cs2. Da das Hochseiten-Die 102 und das
Niedrigseiten-Die 104 voneinander isoliert sind, werden
die Kondensatoren Cs1 und Cs2, beispielsweise Spannungssensoren,
die abgefühlte Spannung von einem Die zu dem anderen transferieren.
-
Es
sollte beachtet werden, dass die Hochspannungsisolation erreicht
wird durch die vier Hochspannungskondensatoren, nämlich
die Kondensatoren Cen1, Cent, Cs1 und Cs2. Diese Kondensatoren sind
implementiert durch Verwendung verschiedener Schichten von Metallen
mit geeigneten dielektrischen Stärken für eine
Hochspannungsisolation. Die Hochspannungskondensatoren können
in moderner Prozesstechnologie leicht zwischen verschiedenen Metallschichten
gebildet werden. Um die Hochspannung zu halten, müssen
die Metallschichten ausgewählt werden, um genug Raum zwischen
ihnen zu haben. Theoretisch können diese vier Kondensatoren
entweder auf dem Hochseiten-Die 102 oder dem Niedrigseiten-Die 104 sein,
jedoch sollten für eine korrekte Abstimmung/einen korrekten
Abgleich und eine Immunität gegenüber Hochspannungsgleichtaktereignissen
die Kondensatoren Cen1 und Cen2 zusammen auf demselben Die sein,
während dasselbe für die Kondensatoren Cs1 und
Cs2 gilt. In einer Ausführungsform sind, aufgrund von Bedenken
wegen parasitärer Kapazität, parasitärer
Induktivität und der Die-Fläche der zwei Dies,
die Kondensatoren Cen1 und Cen2 auf dem Hochseiten-Die 102 angeordnet, wohingegen
die Kondensatoren Cs1 und Cs2 auf dem Niedrigseiten-Die 104 sind.
-
Ein
Kondensator Cs0 ist in Reihe zu den Kondensatoren Cs1 und Cs2 gekoppelt,
um eine Spannung zu speichern, die eine skalierte Batteriespannung,
abgefühlt durch Kondensatoren Cs1 und Cs2, ist. Der Batteriesensor 100 umfasst
ferner einen Puffer 118, der konfiguriert ist zum Puffern
des Spannungssignals von dem Kondensator Cs0. Der Batteriesensor 100 umfasst
ferner eine Vielzahl von Schaltern SW1–SW4 zum Isolieren
der Kondensatoren Cs1 und Cs2, zum Beispiel, Spannungssensoren, von
der Batterie in einer Phase und von dem Puffer in einer anderen
Phase, wie es nachstehend beschrieben wird mit Bezug auf den Betrieb
des Batteriesensors 100. Die Schalter sind durch MOS-Transistoren implementiert.
Abhängig von der Versorgungsspannung und der Batteriespannung
können Hochspannungstransistoren verwendet werden.
-
Im
Betrieb wird ein Freigabesignal (engl. enable signal, EN) auf einem
Anschluss 120 empfangen von einer externen Quelle, beispielsweise
einer Steuervorrichtung des Batterieabfühlsystems. Das Freigabesignal
(EN) wird übersetzt in Abtast-und-Halte-Signale durch einen
Abtast-und-Halte-Signalerzeugungsblock 122 (zum Beispiel,
ein Abtast-und-Halte-Signalgenerator) mit einiger On-Chip-Timing-Schaltung
(nicht dargestellt). Abtast-und-Halte-Signale können erzeugt
werden unter Verwendung eines On-Chip-Oszillators und einiger Standardlogik,
mit dem Freigabesignal von einer externen Steuervorrichtung. Mehrere
Abtast-und-Halte-Signale können ebenso von einem einzigen
Freigabesignal erzeugt werden, um die Systemrobustheit im Falle
von Hochspannungsgleichtaktspannungsänderungen zu erhöhen.
-
Die
Abtast-und-Halte-Signale 124 werden dann über
die Isolationsbarriere durch die Kondensatoren Cen1 und Cent transferiert.
Die Abtast-und-Halte-Signale auf sowohl dem Hochseiten- als auch
dem Niedrigseiten-Die sind ausgelegt, nicht zu überlappen,
um eine korrekte Abfühl-(oder Abtast-) und-Halte-Funktion
sicherzustellen.
-
Der
Block 126 ist ein Digitaltreiber, ausgebildet zum Treiben
des Abtast-und-Halte-Signals über die Hochspannungskondensatoren
Cen1 und Cent, wohingegen ein Block 128 auf dem Hochseiten-Die ausgebildet
ist zum Empfangen des übertragenen Signals, Verstärken
desselben in ein Vollschwingungsdigitalsignal, und Erzeugen von
nicht überlappenden Abtast-und-Halte-Signalen. Der Schalter
SW1 und der Schalter SW2 werden durch diese Signale gesteuert.
-
Aufgrund
eines signifikanten Betrages an Signaldämpfung muss der
Treiber 126 das Signal mit einer angemessenen Spannungsschwingung
treiben, so dass der Empfängerblock 128 das Signal
korrekt empfangen kann. Wenn die Versorgung auf dem Niedrigseiten-Die 104 zu
niedrig ist, kann eine Ladungspumpe implementiert werden, um eine
höhere Versorgungsspannung an den Treiber 126 zu
liefern.
-
Anschlüsse
VDD und GND sind für die Energie auf dem Niedrigseiten-Die 104 und
die V_batt+ 106 und V_batt– 108 sind
für die Energie auf dem Hochseiten-Die sowie die Spannungsabfühlanschlüsse.
-
In
einer Abfühlphase werden die positiven und negativen Batteriespannungen
(Vbatt+ und Vbatt–) auf die Kondensatoren Cs1 bzw. Cs2
abgetastet durch Schließen des Schalters SW1 und Öffnen
des Schalters SW2, während die Kondensatorplatten 114, 116,
die mit der Niedrigseite verbunden sind, auf eine Referenzspannung
auf der Niedrigseite kurzgeschlossen werden durch Schließen
von Schalter SW3 und Schalter SW4. Die Referenzspannung ist als 130 dargestellt,
zum Beispiel die Niedrigseiten-Die-Erde (GND)-Verbindung. Für
besseren Betrieb und einfacheren Entwurf ist die Referenzspannung
praktisch ausgewählt ungefähr halb VDD, die erzeugt
werden kann von einer Bandlückenschaltung, und gepuffert
werden kann durch einen Verstärker mit geeigneter Treiberstärke.
Die Versorgungsspannung zu der Niedrigseite, z. B. VDD, kann sich von
ungefähr 1,8 V bis ungefähr 5,5 V erstrecken, und
die Hochseitenversorgungsspannung (z. B. die einzelnen Batteriezellenspannungen)
können niedrig wie einige 100 mV oder so hoch wie 18 V
sein und hängt ab von dem Typ der Batteriezelle.
-
Am
Ende der Abtastphase wird der Kondensator Cs1 von der Batterie durch Öffnen
von Schalter SW1 getrennt. Während der Haltephase ist der Schalter
SW2 geschlossen, während die Schalter SW3 und SW4 offen
sind und die Ladungen, welche auf Cs1 und Cs2 während der
Abtastphase gespeichert wurden, werden unter Cs1, Cs2 und Cs0 umverteilt,
gemäß dem Verhältnis der Kapazitäten.
Die Spannung auf dem Kondensator Cs0 wird dann gepuffert durch den
Puffer 118 und ausgegeben auf dem Anschluss Vout 132,
wo der Puffer 118 unter Verwendung von einfachen Puffern,
wie in 5(c) dargestellt und unten beschrieben,
implementiert sein kann. Das Abgabesignal kann ausgelegt sein entweder
als differentiell oder einfach beendet, abhängig von dem
Eingangserfordernis des ADC 12, wie in 2 dargestellt.
Eine einfach beendete Version ist in 3 für
Illustrationszwecke dargestellt.
-
Die
Abtast- und Umverteilungskondensatoren können zusammen
mit den Pufferkonfigurationen umgeordnet werden. 4 zeigt
eine andere mögliche Ausführungsform zum Abfühlen
und Halten der Batteriespannung, mit Skalierung und Pufferung erzielt
durch den BUF-Block. Diese Architektur ist symmetrischer verglichen
mit der in 3 dargestellten. Während
der Abtastphase sind die Schalter SW1, SW7 und SW8 geschlossen,
um die Batteriespannung auf die Kondensatoren Cs1 und Cs2 abzutasten,
während die Schalter SW1, SW5 und SW6 offen sind. Die Schalter
SW9 und SW10 innerhalb des Pufferblocks 118 sind ebenfalls
geschlossen, um den Kondensator C1 und C2 zurückzusetzen,
wie in 5(a) und 5(b) dargestellt.
Während der Haltephase sind die Schalter SW1, SW7, SW8,
SW9 und SW10 offen, wohingegen die Schalter SW2, SW5 und SW6 geschlossen
sind für Ladungstransfer, Spannungsskalierung und Spannungspufferung.
Bezug nehmend auf 5(a) werden Ladungen, die auf den
Kondensatoren Cs1 und Cs2 während der Abtastphase gespeichert
werden, zu den Kondensatoren C1 und C2 transferiert, eine Spannungsskalierung
wird erzielt durch das C1/Cs1-Verhältnis, und die Spannungen über
den Kondensatoren C1 und C2 werden gehalten und gepuffert durch
einen Verstärker (amp1) 150.
-
5 zeigt drei von möglichen Implementierungen
der Pufferschaltung (BUF) 118, die in 3 und 4 dargestellt
ist. In beiden, 5(a) und (b), welche in 4 verwendet
werden können, ist der Verstärker (amp1) 150 konfiguriert
zum Skalieren und Halten der Batteriespannung, die auf Kondensator
Cs1 und Cs2 während der Abtastphase abgetastet wurde. Der
Verstärker (amp1) 150 ist ein volldifferentieller
Verstärker mit einer korrekten Gleichtaktrückkopplung.
Der Verstärker (amp1) 150 muss stabil sein mit
Einheitsverstärkungsrückkopplung für
die Konfiguration, die in 5(a) dargestellt
ist. Ein Verstärker (amp2) 152 ist ein einfach
beendeter Verstärker und muss in der Lage sein, die Off-Chip-Last
zu treiben, einschließlich Eingangskapazität und
Widerstand des ADC 12. Der Verstärker (amp2) 152 konvertiert
die differentielle Abgabe des Verstärkers (amp1) 150 in
eine einfach beendete Abgabe. Der Verstärker (amp2) 152 muss
auch eine geeignete Treibbarkeit an die ihm folgenden Lasten bereitstellen.
Wenn zum Beispiel die Abgabe direkt zu dem Anschluss Vout 132 geht,
muss der Verstärker (amp2) 152 in der Lage sein,
die Off-Chip-Lasten und die parasitären Lasten zu treiben.
Wenn der Verstärker (amp2) 152 selbst nicht eine
angemessene Treibbarkeit liefern kann, kann auch ein zusätzlicher Hoch-Treib-Puffer-Verstärker
zu dem Ausgang des Verstärkers (amp2) 152 hinzugefügt
werden. 5(c) ist eine alternative mögliche
Implementierung der Pufferschaltung (BUF) 118, die in 3 dargestellt
ist, enthaltend Verstärker amp1a, amp1b und amp2, welche ähnlich
konfiguriert sind wie die oben für 5(a) und 5(b) beschriebenen Verstärker.
-
Die
Implementierung in 5(a) mit den Abtastkondensatoren
Cs1, Cs2 und den entsprechenden Schaltern, bilden eine nullte-Ordnung-Abtast-und-Halte-Schaltung.
Während der Abtastphase wird die Batteriespannung auf die
Kondensatoren Cs1 und Cs2 abgetastet, wohingegen die Kondensatoren
C1 und C2, welche um den Verstärker (amp1) 150 herum
angeschlossen sind, zurückgesetzt werden durch Schließen
der Schalter SW9 und SW10. In der Haltephase sind die Schalter SW9
und SW10 offen, die abgetasteten Ladungen werden zu den Kondensatoren
C1 und C2 transferiert und die korrespondierenden Spannungen werden
an den Ausgängen des Verstärkers (amp1) 150 gehalten.
Die Schalter SW9 und SW10 werden durch die von Block 122 erzeugten
Abtast-und-Halte-Signale gesteuert.
-
Mit
den zusätzlichen Kondensatoren C1a, C1b und den entsprechenden
Schaltern zeigt 5(b) eine Abtast-und-Halte-Schaltung
mit einer Tiefpass-Filtercharakteristik erster Ordnung. Während
eines Hochspannungs-Gleichtaktereignisses zwischen der Hochseite
und der Niedrigseite könnte das Freigabesignal von der
Niedrigseite zu der Hochseite oder die abgetasteten Batteriespannungen
von der Hochseite zu der Niedrigseite beschädigt werden und
folglich ist ein Ein-Schuss-Abtast- und Halte-System nicht robust
genug. Mit der Tiefpass-Filtercharakteristik 1. Ordnung
können die Batteriespannungen abgetastet und gehalten werden
für viele aufeinander folgende Zeiten und die Haltespannungen an
den Verstärker (amp1) 150 – Ausgängen
werden der Mittelwert der abgetasteten Batteriespannungen sein.
-
Es
sollte geschätzt werden, dass die Kondensatoren C1, C2,
C1a und C2a Poly-Isolator-Poly (PiP) oder Metall-Isolator-Metall
(MiM)-Kondensatoren sein können, wobei ein Trimmen erforderlich
sein kann, um sie an die Kondensatoren Cs1 und Cs2 anzupassen. Hochspannungskondensatoren, ähnlich dem
für die Kondensatoren Cs1 und Cs2 verwendeten Typ können
auch für eine bessere Anpassung verwendet werden, wenn
die Siliziumfläche kein Anliegen ist. Ferner können
die Widerstände R1-R4 Polywiderstände
sein oder jeder andere Typ von bekanntem Widerstand mit geeigneter
Charakteristik.
-
Ein
zeitkontinuierlicher Filter kann optional zu dem Batterieabfühlsystem 10 hinzugefügt
werden, für eine bessere Genauigkeit und Robustheit. Der
Filter wird die Spannungsspitzen aufgrund der Natur der vorherigen
geschalteten Kondensatorschaltung, die gebildet ist durch den Verstärker
(amp1) 150 des Puffers 118, wie in 5 dargestellt, herausfiltern. Der zeitkontinuierliche
Filter kann ein On-Chip-Aktivfilter, ein Off-Chip-Aktivfilter, ein
Off-Chip-Passivfilter oder jede Kombination hiervon sein.
-
6 veranschaulicht
eine mögliche Implementierung eines On-Chip-Aktivfilters 170.
Ein Anschluss 172 des Filters 170 ist mit dem
Ausgang des Verstärkers (amp2) 152 des Puffers 118 oder
dem Ausgangsanschluss Vout 132 gekoppelt. Die Abgabe 176 von
Verstärker (amp3) 174 ist dann die Ausgangsspannung
für den Batteriesensor 100. Ein einfacher RC-Filter 178 kann
auch mit dem Ausgang des Verstärkers (amp3) 174 verbunden
sein und, mit vorsichtiger Platzierung der Filterpole, kann eine
gewünschte Frequenzantwort wie beispielsweise eine Butterworth-
oder Chebyshev-Filterantwort erzielt werden, wie in 7 dargestellt.
Eine Butterworth-Antwort garantiert eine maximal flache Durchlassbandcharakteristik
und eine Chebyshev-Antwort erzielt eine bessere Sperrbereichsdämpfung.
Dieser einfache RC-Filter 178 und der On-Chip-Rauch-Filter zweiter
Ordnung 170 ist ein Beispiel einer On-Chip/Off-Chip, Aktiv/Passiv-Filterimplementierung.
-
Wie
oben beschrieben, kann der integrierte Batteriesensor der vorliegenden
Erfindung in der Batteriemessung und Überwachung verwendet
werden, zum Beispiel in hybridelektrischen Fahrzeugen. Zurückverweisend
auf 2 verwendet das System 10 einen einzigen
integrierten Schaltungs-Batteriesensor 100 für
jede Zelle, z. B. Bat1, Bat2, ..., Batn, eines Batteriepacks. Die
Batteriespannung jeder Zelle wird durch den Batteriesensor 100 abgefühlt
und übermittelt durch die Isolationsbarriere, skaliert
und gepuffert durch Verstärker, um eine Spannung abzugeben,
die repräsentativ ist für die Batteriespannung,
z. B. Vout. Die einzelnen Batteriesensoren 100 werden freigegeben
durch entsprechende Freigabesignale von einer Steuervorrichtung 14.
Um nacheinander die einzelnen Batteriezellenspannung abzufühlen,
wird zu jeder Zeit nur ein Batteriesensor 100 freigegeben, wohingegen
der Rest der Abgaben des Batteriesensors mit drei Zuständen
sind. Wenn zum Beispiel ein einzelner Batteriesensor nicht freigegeben
ist, wird der Ausgang von dem Rest der Schaltung getrennt, was den
Ausgang in einen Hochimpedanzzustand stellt. Die Absicht dieses
Zustandes ist es, mehrfache Schaltungen zu erlauben, d. h. Batteriesensoren 100, um
dieselbe Ausgangsleitung gemeinsam zu verwenden, ohne einander zu
beeinflussen. Die Abgaben aller Batteriesensoren werden zusammengekürzt
und in einen Analog-zu-Digital-Konverter (ADC) 12 gespeist.
Die Spannungsabgabe Vout von jedem der Batteriesensoren 100 wird
in einen Eingang des ADC 12 gespeist, welcher dann eine
digitale Darstellung der Batteriespannung an die Steuervorrichtung 14 zur
Weiterverarbeitung ausgibt.
-
Für
optimale Ladung und Betrieb sollen alle Batteriezellen innerhalb
eines Batteriepacks auf demselben Spannungsniveau sein. Von einem
Systemgesichtspunkt ist eine Zellenabstimmung erforderlich, um die
optimalen Bedingungen zu erzielen. Eine Zellenabstimmung kann als
das folgende verstanden werden. Zuerst erfasst die Systemsteuervorrichtung 14 die
Batteriezellenspannungsinformation durch den Batteriesensor 100.
Die Systemsteuervorrichtung 14 vergleicht dann die Zellenspannung
mit den Spannungen anderer Zellen, und wenn diese Zellenspannung
höher ist als die anderer Zellen kann die Systemsteuervorrichtung 14 entscheiden,
einen Befehl abzugeben zur Ableitung des Stromes. Die Ableitung
des Stromes kann ferner klassifiziert werden in zwei verschiedene
Kategorien, nämlich Stromnebenschluss und Stromdissipation.
Für bestimmte Anwendungen, wenn ein Batteriepack vollständig
geladen werden soll während einer Ladephase, wird Stromnebenschluss
zur Zellenabstimmung verwendet. Für einige andere Anwendungen,
wie zum Beispiel in hybridelektrischen Fahrzeugen, wenn es bevorzugt
wird, dass der Batteriepack in einem mittleren Ladezustand betrieben
wird, wird Stromdissipation bevorzugt. Diese Zellenabstimmungsfunktion kann
mit dem Batteriesensor 100 auf dem Hochseiten-Die 102 integriert
werden, wie in 8 dargestellt. In dieser
Ausführungsform umfasst der Batteriesensor 100 einen
Widerstand R9 und einen Transistor NM1, als die Zellenabstimmungsschaltung. Das
Gate von NM1 wird gesteuert durch ein dekodiertes Ableitbefehlssignal,
wie unten beschrieben.
-
Wie
in 9(a) dargestellt, wenn das Ableitsignal,
welches in das Schalter- oder Transistor-NM1-Gate geht, niedrig
ist, z. B. Stromableitbefehl = 0, ist der Schalter NM1 offen und
der gesamte Ladestrom fließt durch jede Batteriezelle,
um diese aufzuladen. Jeder Typ von Batteriezelle hat eine maximale Sicherheitsladespannung,
Vbmax. Zum Beispiel ist die maximale Sicherheitsladespannung 4,2
V für eine Lithium-Ionen-Batterie. Angenommen, die Batteriezelle
Bat1 wird mit 4,2 V geladen, dann wird, um zu verhindern, dass die
Batteriezelle Bat1 weitergehend mit über 4,2 V geladen
wird, ein Ableitbefehl von der Systemsteuervorrichtung abgegeben,
um den Schalter NM1 zu schalten. Wie in 9(b) dargestellt,
wird, mit dem angeschalteten Schalter NM1 und der Annahme, dass
RdsNM1 = 0, R9 = Vbmax/I_lade, der gesamte
Betrag des Stromes I_lade durch den Widerstand R9 und Schalter NM1
fließen. In anderen Worten, kein Ladestrom wird durch die Batteriezelle
Bat1 fließen und folglich wird die Batteriezelle Bat1 nicht
weiter geladen.
-
Stromdissipation
wird ein klein wenig anders konfiguriert mit R9 >> Vbmax/I_lade.
Während des normalen Betriebes, wenn die Systemsteuervorrichtung
bestimmt, dass eine bestimmte Zelle eine höhere Spannung
aufweist, kann die Steuervorrichtung entscheiden, einen Stromableitbefehl
abzugeben, um den entsprechenden Schalter NM1 anzuschalten, so dass
eine kleine Menge von Strom (= Vbat/R9) durch den Widerstand R9
dissipiert wird und die hohe Batteriezellenspannung langsam an andere
Zellen angepasst (angeglichen) wird, wie in (d) dargestellt. Andernfalls
wird der Stromableitbefehl auf einen niedrigen Pegel gehen und die
Batteriezellen werden in ihrem normalen Zustand arbeiten, wie in 9(c) dargestellt.
-
Wie
oben beschrieben, kann diese Zellenabstimmungsfunktion mit dem Batteriesensor 100 auf dem
Hochseiten-Die 102 integriert werden, wie in 8(a) dargestellt. Abhängig von den Systemanforderungen
können beide der Zellenabstimmungskomponenten, Schalter
NM1 und Widerstand R9, On-Chip oder Off-Chip sein. 8(b)–8(c) zeigen
verschiedene Konfigurationen der Zellenabstimmungskomponenten oder
-schaltung. Der Transistor NM1 kann für eine größere
Stromtauglichkeit gewählt werden, wenn er Off-Chip ist,
wobei sein Gate angetrieben ist durch das Ableitsignal von dem Batteriesensor 100.
In dem Fall, dass der Transistor NM1 ein großer MOS-Schalter
ist, kann ein Gate-Treiber auf dem Chip (On-Chip) des Batteriesensors 100 gefertigt
sein, für angemessene Treibbarkeit. Mit einem Widerstand
R9 Off-Chip können verschiedene maximale Zellenspannungen
bestimmt werden durch Auswählen entsprechender verschiedener
Widerstands-R9-Werte.
-
Der
Stromableitbefehl kann mit dem Freigabesignal kodiert werden, welches
durch die Hochspannungsisolationsbarriere durch die Kondensatoren
Cen1 und Cen2 übertragen wird, und auf dem Hochseiten-Die
dekodiert werden. Der Stromableitbefehl kann von dem Niedrigseiten-Die
zu dem Hochseiten-Die ohne jede Kodierung übertragen werden, jedoch
würden zwei extra Hochspannungskondensatoren ähnlich
den Kondensatoren Cen1 und Cen2 benötigt werden. Folglich
ist es wünschenswert, den Stromableitbefehl zu kodieren
mit dem Freigabesignal oder dem erzeugten Abtast-und-Halte-Signal, welches
zu der Hochseite gekoppelt werden kann durch die Kondensatoren Cen1
und Cen2. 10(a) zeigt ein Blockdiagramm
der Kodierschaltung und 10(b) zeigt
ein mögliches Kodierschema für das Signal. In
einem Normal-Spannungs-Zellen-Abtastmodus wird das erzeugte Abtast-und-Halte-Signal über
die Kondensatoren Cen1 und Cen2 als Pulse übertragen, wie
oben beschrieben.
-
Wenn
ein Stromableitbefehl von der Systemsteuervorrichtung 14 abgegeben
wird, erzeugt der Abtast-, Halte- und Stromableit-Signalgenerator 222 ein
Hoch-Signal, welches auf die Hochseite durch die Kondensatoren Cen1
und Cen2 gekoppelt wird. Der Dekoder 230 dekodiert diesen
Hoch-Pegel mit Bezug auf einen lokalen Takt, der durch einen On-Chip-Oszillator
(nicht dargestellt), realisiert ist, welcher an den On-Chip-Oszillator
auf der Niedrigseite (nicht dargestellt) abgestimmt ist. Wenn das
Signal für eine Anzahl von Zyklen hoch gehalten wird, z.
B. n Zyklen, geht der Chip in den Zellenabstimmungsmodus, wo der
Transistor NM1 angeschaltet ist. Um NM1 abzuschalten und den Zellenabstimmungsmodus
zu stoppen, überträgt der Abtast-, Halte- und Stromableit-Signalgenerator 222 einen
Niedrig-Pegel über die Kondensatoren Cen1 und Cent, der
Decoder 230 dekodiert erneut den Niedrig-Pegel mit Bezug
auf einen lokalen Takt, und wenn er niedrig gehalten wird für
n Zyklen, geht der Chip aus dem Zellenabstimmungsmodus und tritt
in den normalen Spannungszellenabfühlmodus ein.
-
Obwohl
die Ausführungsformen, welche die Lehren der vorliegenden
Offenbarung verkörpern, dargestellt und hierin im Detail
beschrieben wurden, können die Fachleute leicht viele andere
veränderte Ausführungsformen ausarbeiten, die
immer noch diese Lehren beinhalten. Nachdem bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden für einen Integrierte-Schaltung-Batterie-Spannungssensor
und ein Batteriespannungsabfühlsystem zum Abfühlen
einzelner Batteriespannungen eines Batteriepacks (welche beabsichtigt
sind, veranschaulichend und nicht limitierend zu sein), wird angemerkt,
dass Modifikationen und Variationen durch Fachleute durchgeführt
werden können im Licht der obigen Lehren. Es sollte sich daher
verstehen, dass Änderungen durchgeführt werden
können in den einzelnen Ausführungsformen der
offenbarten Offenbarung, welche innerhalb des Umfangs und Geistes
der Offenbarung sind, der durch die anhängenden Ansprüche
umrissen ist. Indem folglich die Offenbarung beschrieben wurde mit den
Details und Besonderheiten, die von den Patentgesetzen gefordert
werden, ist, was beansprucht und erwünscht durch Patent
geschützt werden soll, in den anhängenden Ansprüchen
dargelegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5808469 [0009]
- - US 6094031 [0009]
- - US 6166549 [0009]
- - US 6411097 [0009]
- - US 6472880 [0009]
- - US 2006/0164042 [0009]
- - US 2007/0090802 [0009]
- - US 2007/0096697 [0009]
- - US 2007/0114973 [0009]