DE102020104825A1

DE102020104825A1 - System zum messen von spannungsunterschieden zwischen batteriezellen und zum erlangen von batteriezellenspannungen unter verwendung der spannungsunterschiede

Info

Publication number: DE102020104825A1
Application number: DE102020104825.4A
Authority: DE
Inventors: Chingchi Chen; Benjamin A. Tabatowski-Bush; John Paul Gibeau; Kevin Vander Laan; Baojin WANG
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2020-08-27
Also published as: CN111605433A; US10921378B2; US20200271728A1

Abstract

Die Offenbarung stellt ein System zum Messen von Spannungsunterschieden zwischen Batteriezellen und zum Erlangen von Batteriezellenspannungen unter Verwendung der Spannungsunterschiede bereit. Ein System zum Überwachen von Batteriezellen einer Batterie beinhaltet einen Kondensator, einen Prozessor und eine Steuerung. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Kondensator mit einer ersten Batteriezelle zu verbinden, um den Kondensator auf eine Spannung der ersten Batteriezelle zu laden, und dann (i) den Kondensator mit einer zweiten Batteriezelle zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des Kondensators und der zweiten Batteriezelle bildet, und (ii) den Ausgang mit dem Prozessor verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst. Der Spannungsunterschied ist der Spannungsunterschied zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Überwachen von Spannungen von Batteriezellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Elektrofahrzeug beinhaltet eine Traktionsbatterie mit Batteriezellen. Die Zellenspannungen sind Variablen, die verwendet werden, um einen sicheren und effizienten Fahrzeugbetrieb aufrechtzuerhalten. Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control modul - BECM) überwacht die Zellenspannungen, Batteriestrom/-spannung und Batterietemperatur. Das BECM führt Zustandsschätzungen, Zellenausgleichssteuerung, Schützsteuerungen usw. durch. Viele BECM-Funktionen beruhen auf einer genauen Zellenspannungsabtastung.
Ein BECM beinhaltet typischerweise mehrere integrierte Schaltungen zur Batterieüberwachung (battery monitoring integrated circuit - BMIC). Eine BMIC beinhaltet Spannungsmessungsschaltungen, Diagnoseschaltungen, Zellenausgleichsschaltungen usw. Gewöhnlich beinhaltet eine BMIC ferner (einen) hochauflösende(n) Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter - ADC) (z. B. bis zu 16 Bit) für eine absolute Zellenspannungsmessung und eine hochgenaue Spannungsreferenz. Der hochauflösende ADC erfordert einen teuren Abgleichprozess, um eine hohe Genauigkeit zu erzielen. Der hochauflösende ADC und die hochgenaue Spannungsreferenz mit dem zugehörgen Abgleichprozess führen zu hohen Kosten für die BMIC. Folglich sind die Kosten für ein BECM mit mehreren hochpreisigen BMIC hoch.
KURZDARSTELLUNG
Eine Ausführungsform stellt ein System mit einem Kondensator, einem Prozessor und einer Steuerung bereit. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Kondensator mit einer Zelle zu verbinden, um den Kondensator auf eine Spannung der Zelle zu laden, und dann (i) den Kondensator mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des Kondensators und der Spannungsquelle bildet, und (ii) den Ausgang mit dem Prozessor verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst. Die Zelle kann eine Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs sein.
In einer Ausführungsform ist die Zelle eine erste Zelle und ist die Spannungsquelle eine zweite Zelle, wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle ist. Der Prozessor kann konfiguriert sein, um die Spannung der ersten Zelle teilweise auf Grundlage des Spannungsunterschieds zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle zu messen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das System ferner einen zweiten Kondensator und ist die Steuerung ferner konfiguriert, um den zweiten Kondensator mit einer zweiten Zelle zu verbinden, um den zweiten Kondensator auf eine Spannung der zweiten Zelle zu laden. In diesem Fall ist die Spannungsquelle der zweite Kondensator, der auf die Spannung der zweiten Zelle geladen ist, wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle ist. Der Prozessor kann konfiguriert sein, um die Spannung der ersten Zelle teilweise auf Grundlage des Spannungsunterschieds zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle zu messen.
Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um den Kondensator, nachdem der Kondensator auf die Spannung der Zelle geladen wurde und bevor der Kondensator mit der Spannungsquelle verbunden wird, mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor die Spannung des Kondensators misst und dadurch die Spannung der Zelle misst.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein System zum Überwachen von Batteriezellen einer Batterie bereit. Das System beinhaltet eine erste integrierte Schaltung zur Batterieüberwachung (BMIC), die mit den Batteriezellen eines ersten Abschnitts der Batterie verbunden ist, und eine zweite BMIC, die mit den Batteriezellen eines zweiten Abschnitts der Batterie verbunden ist. Die erste BMIC beinhaltet einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator, einen Prozessor und eine Steuerung. Die Steuerung ist konfiguriert, um den ersten Kondensator mit einer ersten Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den ersten Kondensator auf eine Spannung der ersten Batteriezelle zu laden, und um den zweiten Kondensator mit einer zweiten Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den zweiten Kondensator auf eine Spannung der zweiten Batteriezelle zu laden und dann (i) den ersten Kondensator in Reihe mit dem zweiten Kondensator zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators bildet und (ii) den Ausgang mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst, wodurch der durch den Prozessor gemessene Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle ist. Die zweite BMIC ist ferner mit einer gemeinsam genutzten der Batteriezellen des ersten Abschnitts der Batterie verbunden.
Die zweite BMIC kann einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Auflösung aufweisen und ist konfiguriert, um eine absolute Spannung einer beliebigen Batteriezelle, die mit der BMIC verbunden ist, unter Verwendung des ADC zu messen. In diesem Fall kann es sein, dass die erste BMIC keinen ADC mit einer Auflösung größer als die Auflösung des ADC der zweiten BMIC aufweist, und die erste BMIC kann konfiguriert sein, um die Spannung einer gegebenen Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, als eine Summe aus (i) einem Spannungsunterschied der gegebenen Batteriezelle und der gemeinsam genutzten der Batteriezellen, wie durch die erste BMIC gemessen, und (ii) der absoluten Spannung der gemeinsam genutzten der Batteriezellen, wie durch die zweite BMIC gemessen, zu messen.
Die Steuerung kann ferner konfiguriert sein, um den ersten Kondensator, nachdem der erste Kondensator auf die Spannung der ersten Batteriezelle geladen wurde und bevor der erste Kondensator in Reihe mit dem zweiten Kondensator verbunden wird, mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor die Spannung des ersten Kondensators misst und dadurch die Spannung der ersten Batteriezelle misst.
Die zweite BMIC kann einen dritten Kondensator, einen vierten Kondensator, einen zweiten Prozessor und eine zweite Steuerung beinhalten und kann konfiguriert sein, um den dritten Kondensator mit einer dritten Batteriezelle, die mit der zweiten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den dritten Kondensator auf eine Spannung der dritten Batteriezelle zu laden, und um den vierten Kondensator mit einer vierten Batteriezelle, die mit der zweiten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den vierten Kondensator auf eine Spannung der vierten Batteriezelle zu laden, und dann (i) den dritten Kondensator in Reihe mit dem vierten Kondensator zu verbinden, um eine zweite Schaltung mit einem zweiten Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des dritten Kondensators und des vierten Kondensators bildet, und (ii) den zweiten Ausgang mit dem zweiten Prozessor zu verbinden, damit der zweite Prozessor den Spannungsunterschied misst, wodurch der durch den Prozessor gemessene Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der dritten Batteriezelle und der vierten Batteriezelle ist.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer ersten BMIC bereit. Die erste BMIC ist mit Batteriezellen der Traktionsbatterie verbunden. Die erste BMIC beinhaltet einen Kondensator, einen Prozessor und eine Steuerung. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Kondensator parallel mit einer ersten der Batterizellen zu verbinden, um den Kondensator auf eine Spannung der ersten der Batteriezellen zu laden, und dann den Kondensator in Reihe mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des Kondensators und der Spannungsquelle bildet, und den Ausgang mit dem Prozessor verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst.
Das Fahrzeug kann ferner eine zweite BMIC beinhalten, die mit einer gegebenen der Batteriezellen verbunden und konfiguriert ist, um eine absolute Spannung der gegebenen einen der Batteriezellen zu messen.
Die erste BMIC kann konfiguriert sein, um als Reaktion darauf, dass der Spannungsunterschied größer als ein Zellenausgleichsschwellenwert ist, die Batteriezellen der Batterie auszugleichen.
Das Fahrzeug kann ferner eine Fahrzeugsteuerung beinhalten, die konfiguriert ist, um als Reaktion darauf, dass der Spannungsunterschied größer als ein Abschaltschwellenwert ist, die Batterie von einem Verbraucher zu trennen.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs;
2 veranschaulicht ein elektrisches Blockdiagramm einer integrierten Schaltung zur Batterieüberwachung (BMIC) gemäß einer Ausführungsform, wobei die BMIC eine Komponente eines Batterieenergiesteuermoduls (BECM) ist, das einer Batterie zugeordnet ist, und die BMIC funktionsfähig mit Batteriezellen der Batterie verbunden ist;
3A veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das die Batteriezelle Cn der Batterie, die parallel mit dem Kondensator der BMIC verbunden ist, während eines anfänglichen Betriebsschritts der BMIC zum Messen eines Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 der Batterie und der Batteriezelle Cn zeigt;
3B veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das die Batteriezelle C2, die in Reihe mit dem Kondensator der BMIC verbunden ist, zeigt, nachdem der Kondensator auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen wurde, wobei der Minuspol des Kondensators und der Minuspol der Batteriezelle C2 jeweils mit der Anschlussleitung Vo+ und Voverbunden sind, die mit dem Prozessor der BMIC während eines letzten Betriebsschrittes der BMIC zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn verbunden sind;
4A veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das die Batteriezelle Cn zeigt, die parallel mit einem ersten Kondensator der BMIC verbunden ist, während eines anfänglichen Betriebsschritts der BMIC zum Messen eines Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn;
4B veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das die Batteriezelle C2 zeigt, die parallel mit einem zweiten Kondensator der BMIC verbunden ist, während des anfänglichen Betriebsschritts der BMIC zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn;
4C veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das den zweiten Kondensator und den ersten Kondensator zeigt, nachdem die Kondensatoren jeweils auf die Spannung der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn geladen wurden, die in Reihe mit den Minuspolen des ersten Kondensators verbunen sind, und wobei der zweite Kondensator jeweils mit der Anschlussleitung Vo+ und Vo- verbunden ist, die mit dem Prozessor der BMIC während eines letzten Betriebsschrittes der BMIC zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn verbunden sind;
5 veranschaulicht ein elektrisches Blockdiagramm eines BECM mit mehreren BMIC gemäß einer Ausführungsform, wobei die BMIC funktionfähig mit Batteriezellen einer Batterie verbunden sind; und
6 veranschaulicht ein elektrisches Blockdiagramm einer BMIC mit zwei fliegenden Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hierin offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Bezugnehmend nun auf 1 ist eine Ausführungsform eines Elektrofahrzeugs 10 gezeigt. Beispielsweise ist das Elektrofahrzeug 10 ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV). Das Elektrofahrzeug 10 beinhaltet einen Motor 12, eine Traktionsbatterie 14 mit mehreren Batteriezellen 13, ein Batterieladegerät 15 und eine elektrische Maschine 16. Das Elektrofahrzeug 10 beinhaltet zudem ein Getriebe 18, Räder 20, eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen 22 und einen elektrischen Anschluss 24. Der Motor 12, die elektrische Maschine 16 und die Räder 20 sind mechanisch in jeder geeigneten/bekannten Weise mit dem Getriebe 18 verbunden (wie durch dicke Linien angegeben), sodass der Motor 12 und/oder die elektrische Maschine 16 die Räder 20 antreiben können, der Motor 12 und/oder die Räder 20 die elektrische Maschine 16 antreiben können und die elektrische Maschine 16 den Motor 12 antreiben kann. Die Batterie 14 kann Energie für die elektrische Maschine 16 bereitstellen oder von dieser empfangen (wie durch die gestrichelte Linie angegeben). Die Batterie 14 kann auch Energie von einem Versorgungsnetz oder einer anderen elektrischen Quelle (nicht gezeigt) über den elektrischen Anschluss 24 und das Batterieladegerät 15 empfangen (wie durch die gestrichelte Linie angegeben). Die Steuerung 22 kommuniziert mit dem Motor 12, der Batterie 14, dem Batterieladegerät 15, der elektrischen Maschine 16 und dem Getriebe 18 und/oder steuert diese (wie durch dünne Linien angegeben). Andere Konfigurationen von Elektrofahrzeugen, wie beispielsweise eine Konfiguration eines Batterieelektrofahrzeugs (battery electric vehicle - BEV) usw., sind möglich.
Bezugnehmend nun auf 2 ist ein elektrisches Blockdiagramm einer integrierten Schaltung zur Batterieüberwachung (BMIC) 102 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die BMIC 102 ist eine Komponente eines elektronischen Batterieenergiesteuermoduls (BECM) 100. Das BECM kann andere BMIC aufweisen. Wenn es in dem Elektrofahrzeug 10 implementiert ist, ist das BECM 100 ein Steuermodul der Steuerung 22 und kann betrieben werden, um die Traktionsbatterie 14 zu überwachen und zu steuern.
Die BMIC 102 ist funktionsfähig mit Batteriezellen eines Batteriepacks 103 verbunden. Wenn es in dem Elektrofahrzeug 10 implementiert ist, ist das Batteriepack 103 eine Traktionsbatterie 14. Das Batteriepack 103 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen. Beispielsweise beinhaltet das Batteriepack 103 „n“ Batteriezellen, wobei n eine ganze Zahl größer als eins ist. Als ein Beispiel, wie in 2 gezeigt, beinhalten die Batteriezellen des Batteriepacks 103 eine Batteriezelle „C1“ 130, eine Batteriezelle „C2“ 132, eine Batteriezelle „Cn-1“ 134 und eine Batteriezelle „Cn“ 136.
Die BMIC 102 beinhaltet eine Steuerung 104, mindestens einen Schaltkreis, wie etwa einen Hochspannungs(high-voltage - HV)-Multiplexer 106 und mindestens eine Verarbeitungsschaltung („Prozessor“) 108. Die BMIC 102 beinhaltet ferner mindestens einen fliegenden Kondensator 120. Der Prozessor 108 ist durch ein Paar von Anschlussleitungen Vo+ und Vo- mit dem Multiplexer 106 verbunden. Ein Kondensator 120 (Cap1) ist durch ein Paar von Anschlussleitungen Vc1 + und Vc1- mit dem Multiplexer 106 verbunden.
Die Batteriezellen des Batteriepacks 103 sind in einem Stapel in Reihe verbunden. Das Batteriepack 103 beinhaltet Anschlussleitungen, die jeweils mit dem negativen und positiven Spannungsende der Batteriezellen verbunden sind. Zum Beispiel ist die Anschlussleitung V_CS0 der Minuspol der Batteriezelle C1, die die untere Batteriezelle des Batteriepacks 103 ist. Die BMIC 102 verwendet die Anschlussleitung V CS0 als Massereferenz. Die Anschlussleitung V_CS1 ist der Pluspol der Batteriezelle C1 und der Minuspol der Batteriezelle C2. Die Anschlussleitung V CS2 ist der Pluspol der Batteriezelle C2 und so weiter. Die Anschlussleitung V_CSn ist der Pluspol von Cn, die die obere Batteriezelle des Batteriepacks 103 ist. Die Anschlussleitungen des Batteriepacks 103 sind einzeln mit dem Multiplexer 106 verbunden, damit die BMIC 102 funktionsfähig mit den Batteriezellen des Batteriepacks 103 verbunden werden kann.
Der Multiplexer 106 ist betreibbar, um ein Umschalten durchzuführen, um Anschlussleitungen der Batteriezellen des Batteriepacks 103 und des Prozessors 108 und den Kondensator 120 der BMIC 102 zu verbinden. Die Steuerung 104 steuert das Umschalten des Multiplexers 106 und überwacht die Verarbeitung des Prozessors 108 für die BMIC 102, um Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen des Batteriepacks 103 zu messen.
Insbesondere verwendet die BMIC 102 den Kondensator 120, um die Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen des Batteriepacks 103 zu messen. Der Vorgang des Verwendens des Kondensators 120 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen zwei Batteriezellen, wie beispielsweise der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn, wird unter Bezugnahme auf die 3A und 3B erläutert.
3A veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das einen anfänglichen Betriebsschritt der BMIC 102 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn zeigt. Zu Beginn des anfänglichen Betriebsschritts ist der Kondensator 120 entweder vollständig entladen oder hält eine gewisse Ladungsmenge. Danach steuert die Steuerung 104 den Multiplexer 106, um die positive und negative Anschlussleitung V_CSn und V_CSn-1 der Batteriezelle Cn mit der positiven und negativen Anschlussleitung Vc1 + bzw. Vc1- des Kondensators 120 zu verbinden. Somit ist die Batteriezelle Cn parallel mit dem Kondensator 120 verbunden. Folglich wird der Kondensator 120 auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen. Beispielsweise beträgt die Spannung der Batteriezelle Cn 4,1 Volt, und daher wird der Kondensator 120 auf 4,1 Volt geladen.
3B veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das einen letzten Betriebsschritt der BMIC 102 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn zeigt. Zu Beginn des letzten Betriebsschritts (d. h. am Ende des anfänglichen Betriebsschritts) wurde der Kondensator 120 auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen. Danach steuert die Steuerung 104 den Multiplexer 106, um die positive Anschlussleitung V CS2 der Batteriezelle C2 mit der positiven Anschlussleitung Vc1 + des Kondensators 120, die negative Anschlussleitung Vc1- des Kondensators 120 mit der Anschlussleitung Vo+ und den Minuspol V_CS1 der Batteriezelle C2 mit der Anschlussleitung Vo- zu verbinden. Somit sind die Batteriezelle C2 und der Kondensator 120 in Reihe verbunden, wobei ihre Minuspole jeweils mit der Anschlussleitung Vo- und Vo+ verbunden sind. Somit bilden die Batteriezelle C2 und der Kondensator 120 eine Reihenschaltung, in der der Minuspol des Kondensators 120 der positive Ausgang der Schaltung ist und der Minuspol der Batteriezelle C2 der negative Ausgang der Schaltung ist.
Folglich ist die differenzielle Spannung zwischen der Anschlussleitung Vo+ und Vo- gleich dem Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn. Und zwar ist der Spannungsunterschied (ΔV) = Spannung der Batteriezelle C2 - Spannung der Batteriezelle Cn. Beispielsweise beträgt die Spannung der Batteriezelle C2 4,5 Volt und die Spannung der Batteriezelle Cn, wie zuvor angegeben, 4,1 Volt. Somit ist der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn (ΔV) = 4,5 Volt - 4,1 Volt = 0,4 Volt.
Die Anschlussleitungen Vo- und Vo+ sind mit dem Prozessor 108 verbunden. Der Prozessor 108 kann somit die differenzielle Spannung zwischen den Anschlussleitungen Vo+ und Vomessen, die der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn ist. Der Prozessor 108 misst diesen Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn, um den Vorgang zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn abzuschließen.
Ferner kann die Steuerung 104 nach dem anfänglichen Betriebsschritt stattdessen den Multiplexer 106 steuern, um die positive und negative Anschlussleitung Vc1+ und Vc1- des Kondensators 120 jeweils mit den Anschlussleitungen Vo+ und Vo- zu verbinden. Wenn der Kondensator 120 nach dem anfänglichen Betriebsschritt auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen ist, dann misst der Prozessor 108 die Spannung des Kondensators 120, um die absolute Spannung der Batteriezelle Cn zu bestimmen.
Der Vorgang des Verwendens des Kondensators 120 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen einem Paar von Batteriezellen des Batteriepacks 103 kann für jedes Paar der Batteriezellen wiederholt werden. Auf diese Weise kann die BMIC 102 die Spannungsunterschiede zwischen Batteriezellen einer beliebigen oder aller möglichen Paarkombinationen der Batteriezellen messen.
Natürlich können die vorgenannten Schaltungskonfigurationen der BMIC 102 durch viele unterschiedliche Baugruppen implementiert sein, z. B. HVMUX, HVMUX und externe Schalter usw. Die BMIC 102, die den fliegenden Kondensator 120 verwendet, um der Spannungsunterschied zwischen einem gegebenen Paar von Batteriezellen zu messen, ist nicht auf eine bestimmte Schaltungsimplementierungsbaugruppe beschränkt. Die BMIC 102 kann einen oder mehrere zusätzliche fliegende Kondensatoren beinhalten, die ähnlich wie der Kondensator 120 angeordnet sind, um Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen zu messen.
Wie hierin durchgehend beschrieben, kann die BMIC 102 eine kostengünstige BMIC in dem Sinne sein, dass die BMIC einen niedrigauflösenden Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweist. Die BMIC 102 kann einen selbsteinstellenden Verstärker aufweisen, um die volle Reichweite (full-scle range - FSR) eines solchen niedrigauflösenden ADC vollständig zu nutzen. In dieser Hinsicht stellt der selbsteinstellende Verstärker die erforderliche Verstärkung während der normalen Situationen, in denen der Spannungsunterschied zwischen Batteriezellen einige wenige Millivolt beträgt, und in den anormalen Situationen, in denen der Spannungsunterschied zwischen Batteriezellen relativ groß ist, bereit.
Um die Spannungsunterschiede mit einem niedrigauflösenden ADC zu messen, wird ein selbsteinstellender Verstärker für das Eingangssignal verwendet. Wenn der Spannungsunterschied zwischen Batteriezellen eine so niedrige Spannung ist, kann die Genauigkeit garantiert werden. Der unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschriebene Vorgang zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen zwei beliebigen Batteriezellen des Batteriepacks 103 umfasst zu Beginn Verwenden des Kondensators 120, um eine Batteriezellenspannung (z. B. die Spannung der Batteriezelle Cn) zu halten. Die durch den Kondensator 120 gehaltene Batteriezellenspannung wird dann mit einer weiteren Batteriezellenspannung (z. B. Spannung der Batteriezelle C2) verglichen, um den Spannungsunterschied (z. B. Spannung der Batteriezelle C2 - Spannung der Batteriezelle Cn) an den Anschlussleitungen Vo+ und Vo- zu erlangen. Durch Verwenden eines fliegenden Kondensators 120 muss die Schaltung der nächsten Stufe zum Verarbeiten der Anschlussleitungen Vo+ und Vo- die Spannung möglicherweise häufig auf einen anderen Pegel verschieben, was zu einer Schaltungskomplexität führt.
Die BMIC 102 kann somit mit einem zusätzlichen fliegenden Kondensator konfiguriert sein, um zwei fliegende Kondensatoren zum Messen der Spannungsunterschiede zwischen Batteriezellen zu verwenden. Auf diese Weise kann die BMIC 102 die Spannungsunterschiede ohne Pegelverschiebung messen oder ohne unter einem hohen Gleichtaktspannungsproblem leiden.
Der Betrieb der BMIC 102 bei Verwendung von zwei fliegenden Kondensatoren, die einen ersten fliegenden Kondensator (Cap1) (d. h. einen Kondensator 120) und einen ähnlich angeordneten zweiten Kondensator (Cap2) beinhalten, um den Spannungsunterschied zwischen zwei Batteriezellen zu messen, wie etwa beispielsweise die Batteriezelle C2 und die Batteriezelle Cn, wird unter Bezugnahme auf die 4A, 4B und 4C erläutert.
4A veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das einen anfänglichen Betriebsschritt der BMIC 102 zum Messen eines Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn zeigt. Zu Beginn des anfänglichen Betriebsschritts ist sowohl der erste Kondensator Cap1 als auch der zweite Kondensator Cap2 entweder vollständig entladen oder halten eine gewisse Ladungsmenge. Danach steuert die Steuerung 104 den Multiplexer 106, um die positive und negative Anschlussleitung V_CSn und V_CSn-1 der Batteriezelle Cn mit der positiven bzw. negativen Anschlussleitung Vc1+ bzw. Vc1- des ersten Kondensators Cap1 zu verbinden. Somit ist die Batteriezelle Cn parallel mit dem ersten Kondensator Cap1 verbunden. Folglich wird der erste Kondensator Cap1 auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen.
4B veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das den anfänglichen Betriebsschritt der BMIC 102 zum Messen eines Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn weiter zeigt. Die Steuerung 104 steuert den Multiplexer 106, um die positive und negative Anschlussleitung V_CS2 und V_CS1 der Batteriezelle C2 mit der positiven bzw. negativen Anschlussleitung Vc2+ und Vc2- des zweiten Kondensators Cap2 zu verbinden. Somit ist die Batteriezelle C2 parallel mit dem zweiten Kondensator Cap2 verbunden. Folglich wird der zweite Kondensator Cap2 auf die Spannung der Batteriezelle C2 geladen.
4C veranschaulicht ein schematisches elektrisches Diagramm, das einen letzten Betriebsschritt der BMIC 102 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn zeigt. Zu Beginn des letzten Betriebsschritts wurde der erste Kondensator Cap1 auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen und wurde der zweite Kondensator C2 auf die Spannung der Batteriezelle C2 geladen. Danach steuert die Steuerung 104 den Multiplexer 106, um die positive Anschlussleitung Vc2+ des zweiten Kondensators Cap2 mit der positiven Anschlussleitung Vc1 + des ersten Kondensators Cap1, die positive Anschlussleitung Vc1- des ersten Kondensators Cap1 mit der Anschlussleitung Vo+ und die negative Anschlussleitung Vc2- des zweiten Kondensators Cap2 mit der Anschlussleitung Vo- zu verbinden. Somit sind der zweite Kondensator Cap2 und der erste Kondensator Cap1 in Reihe verbunden, wobei ihre Minuspole jeweils mit der Anschlussleitung Vo- und Vo+ verbunden sind. Der zweite Kondensator Cap2 und der erste Kondensator Cap1 bilden eine Reihenschaltung, in der der Minuspol des ersten Kondensators Cap1 der positive Ausgang der Schaltung ist und der Minuspol des zweiten Kondensators Cap2 der negative Ausgang der Schaltung ist.
Folglich ist die differenzielle Spannung zwischen den Anschlussleitungen Vo+ und Vo- gleich dem Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Batteriezelle C2 (d. h. der durch den zweiten Kondensator Cap2 gehaltenen Spannung) und der Spannung der Batteriezelle Cn (d. h. der durch den ersten Kondensator Cap1 gehaltenen Spannung). Der Prozessor 108 misst diesen Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn, um den Vorgang zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn abzuschließen. Entweder die Anschlussleitung Vo+ oder die Anschlussleitung Vo- kann mit derselben Referenz wie der Prozessor 108 verknüpft sein, um den Spannungsunterschied zu messen. Diese Ausgestaltung vermeidet die Pegelverschiebungsprobleme.
Ferner kann die Steuerung 104 nach dem anfänglichen Betriebsschritt stattdessen den Multiplexer 106 steuern, um die positive und negative Anschlussleitung Vc1 + und Vc1- des ersten Kondensators Cap1 jeweils mit der Anschlussleitung Vo+ und Vo- zu verbinden. Wenn der erste Kondensator Cap1 nach dem anfänglichen Betriebsschritt auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen ist, dann kann der Prozessor 108 die Spannung des ersten Kondensators Cap1 messen, um die absolute Spannung der Batteriezelle Cn zu bestimmen.
Gleichermaßen kann die Steuerung 104 nach dem anfänglichen Betriebsschritt stattdessen den Multiplexer 106 steuern, um die positive und negative Anschlussleitung Vc1 + und Vc1- des zweiten Kondensators Cap2 jeweils mit der Anschlussleitung Vo+ und Vo- zu verbinden. Wenn der zweite Kondensator Cap2 nach dem anfänglichen Betriebsschritt auf die Spannung der Batteriezelle C2 geladen ist, dann kann der Prozessor 108 die Spannung des zweiten Kondensators Cap2 messen, um die absolute Spannung der Batteriezelle C2 zu bestimmen.
Wie beschrieben, können die Vorgänge der BMIC 102, die unter Bezugnahme auf die 3A und 3B und unter Bezugnahme auf die 4A, 4B und 4C beschrieben wurden, nicht nur Batteriezellenspannungsunterschiede (einen) fliegende(n) Kondensator(en) messen, sondern können auch die absoluten Batteriezellenspannungen über den/die fliegende(n) Kondensator(en) messen. In die BMIC 102 können mehr als zwei fliegende Kondensatoren eingebaut werden, um mehr Batteriezellenspannungen zu halten. Die ähnliche Idee kann dann angewendet werden, um Batteriezellenspannungsunterschiede und absolute Batteriezellenspannungen zu messen.
Wie beschrieben, fungieren der Multiplexer 106, der Prozessor 108 und der/die fliegende(n) Kondensator(en) 120 als eine Batteriezellenspannungsunterschied-Messungsschaltung der BMIC 102. Die BMIC 102 ist jedoch nicht auf eine solche Batteriezellenspannungsunterschied-Messungsschaltung beschränkt. Die BMIC 102 kann zusätzliche identische Batteriezellenspannungsunterschied-Messungsschaltungen beinhalten, um die Anzahl der durch eine BMIC verwalteten Batteriezellen zu erhöhen.
Im Allgemeinen sollen die Batteriezellen des Batteriepacks 103 eine ähnliche absolute Spannung aufweisen. Ein gut gewartetes Batteriepack 103 darf keine zu großen Spannungsschwankungen zwischen den Batteriezellen zulassen. Beispielsweise sollen die Batteriezellen eine Spannung von ungefähr 4,5 Volt aufweisen. Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen müssen in der Größenordnung von Millivolt liegen. In diesem Fall liegt die volle Reichweite (FSR) zum Messen der absoluten Spannungen der Batteriezellen bei ungefähr 5,0 Volt, da die absolute Spannung für beliebige der Batteriezellen normalerweise nicht mehr als 5,0 Volt beträgt. Somit kann die FSR beim Messen der Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen (in der Größenordnung von Millivolt) anstelle der absoluten Spannungen der Batteriezellen (in der Größenordnung von 0 bis 5 Volt) erheblich reduziert werden.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung, wie beschrieben, eine kostengünstige BMIC bereit, da die BMIC die Spannungsunterschiede von Batteriezellen misst. Die BMIC misst die Batteriezellenspannungsunterschiede, indem ein (oder mehrere) fliegende Kondensator(en) anstelle der herkömmlichen Subtrahierschaltung verwendet werden, die aus genauen passiven Komponenten und Operationsverstärkern besteht. Das Messen der Batteriezellenspannungsunterschiede senkt die Auflösungsanforderungen des/der ADC der BMIC und die Genauigkeitsanforderungen der Spannungsreferenzen der BMIC. Die Spannungsreferenzen der BMIC können möglicherweise sogar entfernt werden. Andere verwandte Schaltungen innerhalb der BMIC können spannungsfrei/beseitigt sein. Somit können die BMIC gemäß der vorliegenden Offenbarung kostengünstig sein, da die BMIC einen niedrigauflösenden ADC und Spannungsreferenzen mit niedriger Genauigkeit (oder überhaupt keine Spannungsreferenzen) verwenden können. Folglich bleiben die Kosten eines BECM mit mehreren kostengünstigen BMIC gemäß der vorliegenden Offenbarung relativ niedrig. Ferner können solche kostengünstigen BMIC gemäß der vorliegenden Offenbarung sogar verwendet werden, um die absoluten Batteriezellenspannungen zu messen.
Bezugnehmend nun auf 5 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines BECM 200 mit mehreren BMIC 112 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Wenn es in dem Elektrofahrzeug 10 implementiert ist, ist das BECM 200 ein Steuermodul der Steuerung 22 und kann betrieben werden, um die Traktionsbatterie 14 zu überwachen und zu steuern. Die BMIC 112 sind funktionsfähig mit Batteriezellen eines Batteriepacks 214 verbunden. Wenn es in dem Elektrofahrzeug 10 implementiert ist, ist das Batteriepack 214 eine Traktionsbatterie 14.
Das BECM 200 beinhaltet mehrere BMIC 112, da eine BMIC nicht ausreicht, um alle Batteriezellen abzudecken. Die BMIC 112 sind genauso konfiguriert wie die in 2 gezeigte BMIC 102, mit entweder nur dem ersten fliegenden Kondensator Cap1, dem ersten und dem zweiten fliegenden Kondensator Cap1 und Cap2 oder dem ersten und dem zweiten fliegenden Kondensator Cap1 und Cap2 und einem oder mehreren zusätzlichen fliegenden Kondensatoren.
Die BMIC 112 sind den jeweiligen analogen Frontenden (analog front-end - AFE) 110 zugeordnet. Die BMIC 112 sind ferner mit einer Netzwerkverbindung 114 verbunden, um miteinander und mit anderen Systemen/Steuerungen/Vorrichtungen/usw. (nicht gezeigt) zu kommunizieren.
Die BMIC 112 sind konfiguriert, um eine Überlappung der Batteriezellenspannungsüberwachung aufweisen. Insbesondere überlappen eine oder mehrere Batteriezellen zwischen benachbarten Paaren von BMIC 112 als Referenz von einer der BMIC zu der anderen der BMIC. Die Batteriezellenspannungsunterschied-Beziehungen werden durch die Steuerung 104 über die BMIC 112 aufgebaut. Das Überlappen der einen oder mehreren Batteriezellen zwischen benachbarten Paaren von BMIC 112 ermöglicht zuverlässigere Spannungsunterschiede über die gesamte Batterie.
Das elektrische Blockdiagramm der 5 zeigt die Grundidee der überlappenden Batteriezellenüberwachung zwischen benachbarten BMIC 112. Zum Beispiel wird, wie gezeigt, die Batteriezelle C_B2 von der BMIC A und der BMIC B gemeinsam genutzt. Die Batteriezelle C_B2 ist die obere Batteriezelle der BMIC B und die untere Batteriezelle der BMIC A. Ähnlich wird, wie gezeigt, die Batteriezelle C_C2 von der BMIC B und der BMIC C gemeinsam genutzt. Die Batteriezelle C_C2 ist die obere Batteriezelle der BMIC C und untere Batteriezelle der BMIC B.
Wie beschrieben, kann jede BMIC 112 den Spannungsunterschied zwischen einem beliebigen Paar von Batteriezellen, die mit dieser BMIC verbunden sind, messen.
Ferner können zwei beliebige BMIC 112 den Spannungsunterschied zwischen einer Batteriezelle, die mit einer der zwei BMIC verbunden ist, und einer weiteren Batteriezelle, die mit der anderen der zwei BMIC verbunden ist, messen. Somit werden die überlappenden Batteriezellen zwischen zwei BMIC eingesetzt, damit die zwei BMIC 112 den Spannungsunterschied zwischen einer Batteriezelle, die mit einer der zwei BMIC verbunden ist, und einer weiteren Batteriezelle, die mit der anderen der zwei BMIC verbunden ist, messen.
Es sei zum Beispiel angenommen, dass der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2, die mit BMIC A verbunden ist, und der Batteriezelle C_B1, die mit BMIC B verbunden ist, gemessen werden soll. In diesem Fall misst die BMIC A den Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2 und der Batteriezelle C_B2, in der die Batteriezelle C_B2 sowohl BMIC A als auch BMIC B überlappt; und BMIC B misst den Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_B1 und der überlappenden Batteriezelle C_B2. (i) Der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2 und der überlappenden Batteriezelle C_B2 und (ii) der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_B1 und der überlappenden Batteriezelle C_B2 können dann verarbeitet werden, um den Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2 und der Batteriezelle C_B1 zu bestimmen.
Wenn zum Beispiel (i) der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2 und der überlappenden Batteriezelle C_B2 +0,4 Volt beträgt und (ii) der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_B1 und der überlappenden Batteriezelle C_B2 +0,1 Volt beträgt, dann beträgt (iii) der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_A2 und der Batteriezelle C_B1: 0,4 Volt - 0,1 Volt = 0,3 Volt.
Die BMIC 112 sind kostengünstige BMIC, wie hierin beschrieben. Eine (oder mehrere) BMIC 112 können jedoch eine hochpreisige BMIC mit einem hochauflösenden ADC und einer genauen Spannungsreferenz sein. Beispielsweise kann die BMIC C eine hochpreisige BMIC sein. Die BMIC C kann wiederum die absoluten Spannungen der mit der BMIC C verbundenen Batteriezellen genau messen. Beispielsweise kann die BMIC C die absolute Spannung der Batteriezelle C_C2 direkt messen. Die BMIC C kann dann den Spannungsunterschied zwischen einer weiteren Batteriezelle Cci und der Batteriezelle C_C2 gemäß den hierin beschriebenen Vorgängen messen. Die BMIC C kann dann die absolute Spannung der Batteriezelle Cci als die Summe aus (i) dem Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle Cci und der Batteriezelle C_C2, gemessen durch die BMIC C, und (ii) der absoluten Spannung der Batteriezelle C_C2, ebenfalls durch die BMIC C gemessen, messen. Alternativ kann die BMIC C die absolute Spannung der Batteriezelle C_C2 direkt messen.
Ferner kann die BMIC B, da die Batteriezelle C-_C2 durch die (kostengünstige) BMIC B und die (hochpreisige) BMIC C gemeinsam genutzt wird, gleichermaßen den Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C_B1 , die mit der BMIC B verbunden ist, und der Batteriezelle C_C2, die ebenfalls mit der BMIC B verbunden ist, gemäß den hierin beschriebenen Vorgängen messen. Die BMIC C kann dann die absolute Spannung der Batteriezelle C_B1 als die Summe aus (i) dem Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle Cci und der Batteriezelle C_C2, gemessen durch die (kostengünstige) BMIC B, und (ii) der absoluten Spannung der Batteriezelle C_C2, gemessen durch die (hochpreisige) BMIC C, messen.
Diese Vorgänge können wiederholt werden, um die Spannungsunterschiede zwischen beliebigen der Batteriezellen und die absoluten Spannungen beliebiger der Batteriezellen zu messen. Die Absolutspannungsmessungen werden über eine hochpreisige BMIC und mehrere kostengünstige BMIC durchgeführt. Folglich bleiben die Kosten des BECM, das die hochpreisige BMIC und die mehreren kostengünstigen BMIC umfasst, niedrig, obwohl genaue absolute Batteriezellenspannungen erlangt werden können.
Alternativ sind alle BMIC 112 kostengünstige BMIC, wie hierin beschrieben, und eine externe Schaltung wird verwendet, um die absolute Spannung mindestens einer der Batteriezellen genau zu messen. Unter Beibehaltung des vorstehenden Beispiels sei beispielsweise angenommen, dass die externe Schaltung die absolute Spannung der Batteriezelle C_C2 direkt misst. Die (kostengünstige) BMIC C kann dann den Spannungsunterschied zwischen einer weiteren Batteriezelle Cci und der Batteriezelle C_C2 gemäß den hierin beschriebenen Vorgängen messen. Die BMIC C kann dann die absolute Spannung der Batteriezelle Cci als die Summe aus (i) dem Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle Cci und der Batteriezelle C_C2, gemessen durch die BMIC C, und (ii) der absoluten Spannung der Batteriezelle C_C2, gemessen durch die externe Schaltung, messen.
Die gemessenen Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen können durch das BECM 200 zum Steuern des Betriebs des Elektrofahrzeugs 10 verwendet werden. Beispielsweise kann das BECM 200 konfiguriert sein, um die Batteriezellen als Reaktion darauf, dass (ein) Spannungsunterschied(e) zwischen (einem) Paar(en) von Batteriezellen, die durch (eine) BMIC des BECM 200 gemessen werden, größer als ein Zellenausgleichsschwellenwert sind, auszugleichen. Als ein weiteres Beispiel kann das BECM 200 konfiguriert sein, um das Batteriepack 214 (oder einen Teil davon) als Reaktion darauf, dass (ein) Spannungsunterschied(e) zwischen (einem) Paar(en) von Batteriezellen, gemessen durch (eine) BMIC des BECM 200, größer als ein Abschaltschwellenwert ist, von einem Verbraucher zu trennen. Die gemessenen Spannungsunterschiede zwischen den Batteriezellen können auch durch das BECM 200 oder eine andere Fahrzeugsteuerung zur Diagnose von Batteriezellen verwendet werden.
Bezugnehmend nun auf 6 und weiterhin Bezug nehmend auf die 4A, 4B und 4C ist ein elektrisches Blockdiagramm einer BMIC 302 mit zwei fliegenden Kondensatoren 120 und 126 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die BMIC 302 ist ein Beispiel einer Implementierung von zwei fliegenden Kondensatoren zum Messen der Spannungsunterschiede zwischen Paaren von Batteriezellen.
Der Betrieb der BMIC 302 zum Messen des Spannungsunterschieds zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn umfasst zu Beginn, dass die Schalter SW1 und SW2-1 über die Anschlüsse der Batteriezelle Cn verbunden werden. Folglich wird der erste Kondensator Cap1 auf die Spannung der Batteriezelle Cn geladen. Anschließend werden die Schalter SW1 und SW2-2 über die Anschlüsse der Batteriezelle C2 verbunden. Folglich wird der zweite Kondensator Cap2 auf die Spannung der Batteriezelle C2 geladen. Anschließend werden die Schalter SW1 und SW2 geöffnet und die Schalter SW3 und SW4 geschlossen. Der Spannungsunterschied zwischen dem zweiten Kondensator Cap2 und dem ersten Kondensator Cap1 (d. h. der Spannungsunterschied zwischen der Batteriezelle C2 und der Batteriezelle Cn) kann gemessen werden, und es ist keine Pegelverschiebungsschaltung erforderlich.
Wie hierin beschrieben, messen Hintergrundlösungen die absolute Batteriezellenspannung unter Verwendung eines hochauflösenden ADC (normalerweise 14 oder 16 Bit), einer genauen Spannungsreferenz (Vref) und anderer unterstützenden Schaltungen direkt. Typischerweise müssen der hochauflösende ADC und die Spannungsreferenz abgeglichen werden. Dies alles führt zu hohen Kosten für die BMIC und zu höheren Kosten für ein BECM, das solche hochpreisigen BMIC beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Batteriezellenspannungsunterschiede unter Verwendung eines niedrigauflösenden ADC (nicht mehr als 10 Bit) und einer Spannungsreferenz mit niedriger Genauigkeit (oder möglicherweise überhaupt keiner Spannungsreferenz) gemessen. Ein Kalkulator kann dann verwendet werden, um die absoluten Batteriezellenspannungen unter Verwendung der gemessenen Batteriezellenspannungsunterschiede zu berechnen.
Auch wenn vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Zelle eine Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spannungsquelle eine zweite der Batteriezellen, wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten der Batteriezellen udn der zweiten der Batteriezellen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste BMIC konfiguriert, um als Reaktion darauf, dass der Spannungsunterschied größer als ein Zellenausgleichsschwellenwert ist, die Batteriezellen der Batterie auszugleichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Fahrzeugsteuerung gekennzeichnet, die konfiguriert ist, um als Reaktion darauf, dass der Spannungsunterschied größer als ein Abschaltschwellenwert ist, die Batterie von einem Verbraucher zu trennen.

Claims

System, umfassend: einen Kondensator; einen Prozessor; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Kondensator mit einer Zelle zu verbinden, um den Kondensator auf eine Spannung der Zelle zu laden, und dann (i) den Kondensator mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des Kondensators und der Spannungsquelle bildet, und (ii) den Ausgang mit dem Prozessor verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst.
System nach Anspruch 1, wobei: die Zelle eine erste Zelle ist; die Spannungsquelle eine zweite Zelle ist; und wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten Kondensator; wobei die Zelle eine erste Zelle ist; wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um den zweiten Kondensator mit einer zweiten Zelle zu verbinden, um den zweiten Kondensator auf eine Spannung der zweiten Zelle zu laden; wobei die Spannungsquelle der zweite Kondensator ist, der auf die Spannung der zweiten Zelle geladen ist; und wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle ist.
System nach Anspruch 2 oder 3, wobei: der Prozessor konfiguriert ist, um die Spannung der ersten Zelle teilweise auf Grundlage des Spannungsunterschieds zwischen der ersten Zelle und der zweiten Zelle zu messen.
System nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung ferner konfiguriert ist, um den Kondensator, nachdem der Kondensator auf die Spannung der Zelle geladen wurde und bevor der Kondensator mit der Spannungsquelle verbunden wird, mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor die Spannung des Kondensators misst und dadurch die Spannung der Zelle misst.
System zum Überwachen von Batteriezellen einer Batterie, umfassend: eine erste integrierte Schaltung zur Batterieüberwachung (BMIC), die mit den Batteriezellen eines ersten Abschnitts der Batterie verbunden ist; eine zweite BMIC, die mit den Batteriezellen eines zweiten Abschnitts der Batterie verbunden ist; wobei die erste BMIC einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator, einen Prozessor und eine Steuerung beinhaltet, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den ersten Kondensator mit einer ersten Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den ersten Kondensator auf eine Spannung der ersten Batteriezelle zu laden, und um den zweiten Kondensator mit einer zweiten Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den zweiten Kondensator auf eine Spannung der zweiten Batteriezelle zu laden und dann (i) den ersten Kondensator in Reihe mit dem zweiten Kondensator zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators bildet und (ii) den Ausgang mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst, wodurch der durch den Prozessor gemessene Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle ist; und wobei die zweite BMIC ferner mit einer gemeinsam genutzten einen der Batteriezellen des ersten Abschnitts der Batterie verbunden ist.
System nach Anspruch 6, wobei: die zweite BMIC einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Auflösung beinhaltet, wobei die zweite BMIC konfiguriert ist, um eine absolute Spannung einer beliebigen Batteriezelle, die mit der BMIC verbunden ist, unter Verwendung des ADC zu messen; und die erste BMIC keinen ADC mit einer Auflösung, die größer als die Auflösung des ADC der zweiten BMIC ist, aufweist.
System nach Anspruch 7, wobei: die erste BMIC konfiguriert ist, um die Spannung einer gegebenen Batteriezelle, die mit der ersten BMIC verbunden ist, als eine Summe aus (i) einem Spannungsunterschied der gegebenen Batteriezelle und der gemeinsam genutzten einen der Batteriezellen, wie durch die erste BMIC gemessen, und (ii) der absoluten Spannung der gemeinsam genutzten einen der Batteriezellen, wie durch die zweite BMIC gemessen, zu messen.
System nach Anspruch 6, wobei: die Steuerung ferner konfiguriert ist, um den ersten Kondensator, nachdem der erste Kondensator auf die Spannung der ersten Batteriezelle geladen wurde und bevor der erste Kondensator in Reihe mit dem zweiten Kondensator verbunden wird, mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor die Spannung des ersten Kondensators misst und dadurch die Spannung der ersten Batteriezelle misst.
System nach Anspruch 6, wobei: die zweite BMIC einen dritten Kondensator, einen vierten Kondensator, einen zweiten Prozessor und eine zweite Steuerung beinhaltet, wobei die zweite Steuerung konfiguriert ist, um den dritten Kondensator mit einer dritten Batteriezelle, die mit der zweiten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den dritten Kondensator auf eine Spannung der dritten Batteriezelle zu laden, und um den vierten Kondensator mit einer vierten Batteriezelle, die mit der zweiten BMIC verbunden ist, parallel zu verbinden, um den vierten Kondensator auf eine Spannung der vierten Batteriezelle zu laden, und dann (i) den dritten Kondensator in Reihe mit dem vierten Kondensator zu verbinden, um eine zweite Schaltung mit einem zweiten Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des dritten Kondensators und des vierten Kondensators bildet, und (ii) den zweiten Ausgang mit dem zweiten Prozessor zu verbinden, damit der zweite Prozessor den Spannungsunterschied misst, wodurch der durch den Prozessor gemessene Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der dritten Batteriezelle und der vierten Batteriezelle ist.
Fahrzeug, umfassend: eine Traktionsbatterie; und eine erste integrierte Schaltung zur Batterieüberwachung (BMIC), die mit Batteriezellen der Traktionsbatterie verbunden ist, wobei die erste BMIC einen Kondensator, einen Prozessor und eine Steuerung beinhaltet, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Kondensator parallel mit einer ersten der Batteriezellen zu verbinden, um den Kondensator auf eine Spannung der ersten der Batteriezellen zu laden, und dann den Kondensator in Reihe mit einer Spannungsquelle zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des Kondensators und der Spannungsquelle bildet, und den Ausgang mit dem Prozessor verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei: der Kondensator ein erster Kondensator ist und die erste BMIC ferner einen zweiten Kondensator beinhaltet; und die Steuerung ferner konfiguriert ist, um den zweiten Kondensator parallel mit einer zweiten der Batteriezellen zu verbinden, um den zweiten Kondensator auf eine Spannung der zweiten der Batteriezellen zu laden, und um dann den ersten Kondensator in Reihe mit dem zweiten Kondensator zu verbinden, um eine Schaltung mit einem Ausgang zu bilden, der einen Spannungsunterschied des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators bildet, und den Ausgang mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor den Spannungsunterschied misst, wodurch der Spannungsunterschied der Spannungsunterschied zwischen der ersten der Batteriezellen und der zweiten der Batteriezellen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 11, ferner umfassend: eine zweite BMIC, die mit einer gegebenen einen der Batteriezellen verbunden ist, wobei die zweite BMIC einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Auflösung beinhaltet, wobei die zweite BMIC konfiguriert ist, um eine absolute Spannung der gegebenen einen der Batteriezellen unter Verwendung des ADC zu messen; und die erste BMIC keinen ADC mit einer Auflösung, die größer als die Auflösung des ADC der zweiten BMIC ist, aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei: die erste BMIC konfiguriert ist, um die Spannung der ersten der Batterizellen als eine Summe aus (i) einem Spannungsunterschied der ersten der Batteriezellen und der gegebenen einen der Batteriezellen, wie durch die erste BMIC gemessen, und (ii) der absoluten Spannung der gegebenen einen der Batteriezellen, wie durch die zweite BMIC gemessen, zu messen.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei: die Steuerung ferner konfiguriert ist, um den Kondensator, nachdem der Kondensator auf die Spannung der ersten der Batteriezellen geladen wurde und bevor der Kondensator in Reihe mit der Spannungsquelle verbunden wird, mit dem Prozessor zu verbinden, damit der Prozessor die Spannung des Kondensators misst und dadurch die Spannung der Zelle misst.