EP0919078A1 - Process and device for monitoring and/or controlling charging of a modular battery, particularly in a battery powered vehicle - Google Patents

Process and device for monitoring and/or controlling charging of a modular battery, particularly in a battery powered vehicle

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EP0919078A1
EP0919078A1 EP97928272A EP97928272A EP0919078A1 EP 0919078 A1 EP0919078 A1 EP 0919078A1 EP 97928272 A EP97928272 A EP 97928272A EP 97928272 A EP97928272 A EP 97928272A EP 0919078 A1 EP0919078 A1 EP 0919078A1
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EP
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battery
evaluation unit
measurement data
module
modules
Prior art date
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Application number
EP97928272A
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German (de)
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Inventor
Karl-Heinz Hauer
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036—Charger exchanging data with battery
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/00047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with provisions for charging different types of batteries
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    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Electric vehicles are already used for a number of purposes, and draw their energy from rechargeable batteries, in particular from lead accumulators connected in series. Such environmentally friendly drives are also beginning to gain acceptance in road vehicles.
  • a major problem is to monitor the operational readiness of the battery modules and to indicate their ready status.
  • Measurement data for determining the state of charge are recorded in the remote control transmitter and transmitted to the device to be controlled using a transmission medium such as infrared light, ultrasound or electromagnetic waves.
  • An evaluation circuit and a display element for displaying the state of charge are contained in the device to be controlled.
  • Such Wireless transmission of measurement data recorded on the battery to an evaluation unit is only possible under favorable circumstances and is not suitable in particular for a motor vehicle.
  • the evaluation unit is connected to the power cable.
  • the measurement data recorded directly on the battery, in particular the terminal voltage and the temperature, are transmitted to the evaluation unit by means of a coded AC voltage via the power cable.
  • the signal lines previously used can be completely eliminated. Electrical isolation is no longer necessary.
  • the circuit outlay for the coded transmission of the measurement data is considerably less in comparison to additional signal lines, in particular if batteries are used which are made up of a plurality of modules and / or cells and the individual modules and / or cells for a statement about the functional state of the entire association should be monitored.
  • the measured values can each be transmitted directly coded to the evaluation unit or passed on to other modules and / or cells and transmitted from there to the evaluation unit.
  • the transmission is advantageously serial and frequency modulated.
  • the simultaneous acquisition of measurement data on the individual modules is essential for the assessment of the functional status of a battery from individual modules of an overall association.
  • the acquisition of the measurement data is advantageously triggered by the central evaluation unit, so that these are acquired simultaneously on all modules.
  • These measurement data are digitized and then temporarily stored in memory circuits on the modules and from there serially queried and evaluated by the evaluation unit, each module being assigned a controllable module address.
  • Memory circuits for temporarily storing measurement data are advantageously integrated in each module, so that no complex wiring is required between the sensors and these intermediate memories.
  • Fig. 1 is a block diagram of an apparatus for performing the method for a
  • Fig. 2 is a circuit diagram for a series resonant circuit for the transmission of measurement data with a coded AC voltage.
  • a battery 1 is shown, from the power cables 2 and 3 lead to consumers, which are shown schematically as a load resistor 4.
  • a power shunt 5 and a main switch 6 are included in the power cable 2.
  • the measuring shunt 5 is connected to a central evaluation unit 9 via measuring lines 7 and 8. This also has a connection to the power cables 2, 3 via signal lines 10, 11.
  • the battery 1 is intended to represent the energy source in a battery-operated vehicle, the load resistor 4 essentially representing an electric drive motor.
  • the battery 1 is constructed in a modular manner, with conventional lead-acid batteries being used as modules 12 to 17 connected in series.
  • a module circuit as a module controller 19 to 24 is integrated in each module 12 to 17.
  • each module controller 19 to 24 is connected to the terminals 25, 26 of each assigned module 12 to 17 for detecting the terminal voltage. Furthermore, each module controller 19 to 24 is connected to further measuring sensors (not shown) assigned to each module, for example to temperature sensors.
  • the central evaluation unit 9 contains, in particular, high-voltage filters, rectifiers, amplifiers and a microcomputer.
  • the module controllers 19 to 24 further contain digitizing and buffering devices that interact with the central evaluation unit 9 and a connection to a series resonant circuit via whose alternating voltage buffered measurement data can be transmitted.
  • the area 27 framed by dashed lines is on the battery side, reference number 28 denoting a module of the battery and R1 indicating an ohmic resistance and L2 indicating an inductance of a complex internal resistance of the battery.
  • Inductors L2 and L3 represent the leads with line inductances.
  • the remaining area of the circuit is assigned to the module controller.
  • the feed lines with the inductors L2 and L3 are connected to a transistor Q2 which, in conjunction with further resistors, in particular R2, R3, R4, R5 and a capacitor C1, forms a series resonant circuit which is operated close to the resonance frequency.
  • An alternating voltage which is generated via an oscillator 1, is fed in via a further capacitance C2 at the branching point of the resistors R3, R4, R5.
  • the Positive pole 29 in the battery-side part is connected to resistor R4 via an inductor L4 and further to ground 30 via a smoothing capacitor C3
  • the circuit part of the central evaluation unit 9 (FIG. 1) for sending coded information is constructed similarly. There are differences in the tuning of the resonant circuit L1, R1, L2, L3 and C1, since the entire battery 1 (FIG. 1) is effective as the source voltage 28
  • FIGS. 1 and 2 have the following function
  • the module voltage and the module temperature are recorded on the individual modules 12 to 17. If a module consists of several cells, these are also monitored with regard to their voltage level
  • the temporarily stored measurement data are queried sequentially by the central evaluation unit 9.
  • an address code is transmitted via the power cable.
  • the addressed module controller replies in the echo process, with the help of a start bit (low potential), 8 data bits and a stop bit (high potential) successively transmitting the temporarily stored voltage value and temperature value from a module controller to the central evaluation unit Then a next module controller is queried.
  • the evaluation is carried out there according to criteria known per se and the charge status of the battery is displayed

Abstract

This invention concerns a process and a device for monitoring and/or controlling charging of a battery (1), particularly in a battery-powered vehicle. To that effect, test data relevant to the monitoring are detected at the battery (1) and sent to an evaluation unit (9); the battery (1) is connected via power cables (2, 3) to at least one consuming device (4). According to the invention, the evaluation unit (9) is connected to the power cables (2, 3) and the test data are transmitted to the evaluation unit (9) via the power cables (2, 3) using a coded alternating tension. This eliminates the need for additional galvanically screened signalling lines from the battery sensors to the evaluation unit (9). This reduces the need for complicated wiring, particularly, in batteries with modular construction (1) as used in battery driven automobiles.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und/oder Ladesteuerung einer aus Modulen zusammengesetzten Batterie, insbesondere in einem batteriebetriebenen FahrzeugMethod and device for monitoring and / or charging control of a battery composed of modules, in particular in a battery-operated vehicle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Ladesteuerung einer aus Modulen zusammengesetzten Batterie, insbesondere in einem batteriebetriebenen Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring and / or charging control of a battery composed of modules, in particular in a battery-operated vehicle according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 7 for carrying out this method.
Für eine Reihe von Einsatzzwecken werden bereits Elektrofahrzeuge verwendet, die ihre Energie aus wiederaufladbaren Batterien, insbesondere aus in Reihe geschalteten Bleiakkumulatoren beziehen. Auch in Straßenfahrzeugen beginnen sich solche umweltfreundlichen Antriebe in gesteigertem Maße durchzusetzen.Electric vehicles are already used for a number of purposes, and draw their energy from rechargeable batteries, in particular from lead accumulators connected in series. Such environmentally friendly drives are also beginning to gain acceptance in road vehicles.
Ein wesentliches Problem besteht darin, die Funktionsbereitschaft der Module der Batterie zu überwachen und ihren Bereitschaftszustand anzuzeigen.A major problem is to monitor the operational readiness of the battery modules and to indicate their ready status.
Auch bei anderen Einsatzfällen von Batterien, beispielsweise bei Starterbatterien in Fahrzeugen, ist deren Ladezustand und eine entsprechende Anzeige für einen Verwender wesentlich.Also in other cases of use of batteries, for example starter batteries in vehicles, their state of charge and a corresponding display is essential for a user.
Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur Ermittlung des Betriebszustands einer Batterie bekannt:A large number of different methods for determining the operating state of a battery are known:
Zur Feststellung des Ladezustands einer Batterie ist es bekannt, die Dichte der Batteriesäure zu bestimmen (DE 37 06 076 A1). Dieses Verfahren ist für eine kontinuierliche Erfassung und eine Fernanzeige relativ aufwendig. Weiter ist es bekannt, aus einer Ladebilanz durch Auswertung des Lade- und des Entlade- stroms den Ladezustand einer Batterie zu ermitteln (DE 43 39 568 A1). Um eine möglichst genaue Aussage über einen Batteriezustand zu erhalten, werden hierbei noch Korrekturen durchgeführt, die die Stärke des Stromes, die Temperatur sowie das Batteriealter berücksichtigen. Bei einem ähnlichen Verfahren (DE 37 12 629 A1), bei dem insbesondere auch die Lebensdauer einer Kraftfahrzeugbatterie bestimmt und angezeigt werden soll, werden ebenfalls die Klemmenspannung, der Lade- und Entladestrom und die Temperatur einer Batterie erfaßt, in einer Auswerteschaltung verarbeitet und das Ergebnis in einer Anzeigeeinheit angezeigt.To determine the state of charge of a battery, it is known to determine the density of the battery acid (DE 37 06 076 A1). This method is relatively complex for continuous acquisition and remote display. It is also known to determine the state of charge of a battery from a charge balance by evaluating the charge and discharge current (DE 43 39 568 A1). In order to obtain the most accurate information possible about a battery condition, corrections are made that take into account the strength of the current, the temperature and the battery age. In a similar method (DE 37 12 629 A1), in which in particular the service life of a motor vehicle battery is also to be determined and displayed, the terminal voltage, the charging and discharging current and the temperature of a battery are also recorded, processed in an evaluation circuit and the result displayed in a display unit.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (DE 37 06 076 A1 ) werden die Klemmenspannung an einer Batterie zeitdiskret abgetastet und das Ergebnis mit den Werten einer Kennlinie verglichen und daraus der Ladezustand bestimmt.In another known method (DE 37 06 076 A1), the terminal voltage on a battery is sampled in a time-discrete manner and the result is compared with the values of a characteristic curve and the state of charge is determined therefrom.
Bei einem bekannten Verfahren zum Steuern des Ladevorgangs einer Batterie für ein Elek- trofahrzeug (DE 195 21 962 A1) werden die Batterietemperatur, die Batteriespannung und der Ladestrom erfaßt und in einer Ladesteuervorrichtung verwertet.In a known method for controlling the charging process of a battery for an electric vehicle (DE 195 21 962 A1), the battery temperature, the battery voltage and the charging current are recorded and used in a charging control device.
Bei den vorstehend genannten Batterieüberwachungen und Ladesteuerungen sind zur Erfassung der erforderlichen Meßdaten Meßwertgeber an der Batterie bzw. den Batteriemodulen und -zellen erforderlich. Von dort gehen zusätzlich zu den Leistungskabeln der Batterie Signalleitungen von den Meßwertgebern zu den Steuer- und Auswerteschaltungen. Diese Signalleitungen sind von den Leistungskabeln der Batterie galvanisch getrennt. Insbesondere bei modulartig aufgebauten Batterien, wie sie in Elektrofahrzeugen zur Anwendung kommen, ist ein hoher Signalleitungsaufwand erforderlich.In the case of the above-mentioned battery monitors and charging controls, measuring sensors on the battery or the battery modules and cells are required to record the required measurement data. From there, in addition to the battery power cables, signal lines go from the sensors to the control and evaluation circuits. These signal lines are galvanically isolated from the battery power cables. In particular in the case of batteries with a modular structure, such as those used in electric vehicles, a high outlay on signal lines is required.
Es ist weiter eine Ladezustandsanzeige einer Batterie in einem Fernbedienungsgeber für nachrichtentechnische Geräte, insbesondere für Geräte der Unterhaltungselektronik, z. B. Rundfunk-, Fernsehgeräte oder Videorecorder bekannt (DE 41 05 369 C1). Dabei werden Meßdaten zur Ermittlung des Ladezustand im Fernbedienungsgeber erfaßt und an das zu steuernde Gerät mit einem Übertragungsmedium, wie Infrarotlicht, Ultraschall oder elektromagnetische Wellen, leitungslos übertragen. In dem zu steuernden Gerät ist eine Auswerteschaltung und ein Anzeigeelement zur Anzeige des Ladezustand enthalten. Eine solche drahtlose Übermittlung von an der Batterie erfaßten Meßdaten an eine Auswerteeinheit ist nur unter günstigen Gegebenheiten möglich und insbesondere für ein Kraftfahrzeug nicht geeignet.It is also a battery charge indicator in a remote control transmitter for telecommunication devices, especially for consumer electronics devices, e.g. B. radio, television or VCR known (DE 41 05 369 C1). Measurement data for determining the state of charge are recorded in the remote control transmitter and transmitted to the device to be controlled using a transmission medium such as infrared light, ultrasound or electromagnetic waves. An evaluation circuit and a display element for displaying the state of charge are contained in the device to be controlled. Such Wireless transmission of measurement data recorded on the battery to an evaluation unit is only possible under favorable circumstances and is not suitable in particular for a motor vehicle.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Betriebszustand einer Batterie bei guter Funktion mit geringerem Aufwand überwachbar wird.The object of the invention is to develop a method of the type mentioned at the outset such that the operating state of a battery can be monitored with little effort and with good functionality.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist mit den Merkmalen des Anspruchs 7 angegeben.This object is achieved by the features of patent claim 1. A device for performing the method is specified with the features of claim 7.
Gemäß Anspruch 1 ist die Auswerteeinheit an die Leistungskabel angeschlossen. Die unmittelbar an der Batterie erfaßten Meßdaten, insbesondere die Klemmenspannung und die Temperatur werden mittels einer codierten Wechselspannung über die Leistungskabel an die Auswerteeinheit übertragen.According to claim 1, the evaluation unit is connected to the power cable. The measurement data recorded directly on the battery, in particular the terminal voltage and the temperature, are transmitted to the evaluation unit by means of a coded AC voltage via the power cable.
Dadurch können die bisher verwendeten Signalleitungen ganz entfallen. Eine galvanische Trennung ist nicht mehr erforderlich. Der Schaltungsaufwand für die codierte Übertragung der Meßdaten ist im Vergleich zu zusätzlichen Signalleitungen insbesondere dann wesentlich geringer, wenn Batterien eingesetzt sind, die aus einer Mehrzahl von Modulen und/oder Zellen aufgebaut sind und die einzelnen Module und/oder Zellen für eine Aussage über den Funktionszustand des Gesamtverbandes überwacht werden sollen.As a result, the signal lines previously used can be completely eliminated. Electrical isolation is no longer necessary. The circuit outlay for the coded transmission of the measurement data is considerably less in comparison to additional signal lines, in particular if batteries are used which are made up of a plurality of modules and / or cells and the individual modules and / or cells for a statement about the functional state of the entire association should be monitored.
Die Meßwerte können hierbei jeweils direkt codiert an die Auswerteeinheit übertragen werden oder an andere Module und/oder Zellen weitergegeben und von dort an die Auswerteeinheit weiter übertragen werden.The measured values can each be transmitted directly coded to the evaluation unit or passed on to other modules and / or cells and transmitted from there to the evaluation unit.
Die Übertragung erfolgt dabei vorteilhaft seriell und frequenzmoduliert. Wesentlich für die Beurteilung des Funktionszustandes einer Batterie aus Einzelmodulen eines Gesamtverbandes ist eine zeitgleiche Erfassung von Meßdaten an den einzelnen Modulen. Vorteilhaft wird dazu die Erfassung der Meßdaten von der zentralen Auswerteeinheit getriggert, so daß diese zeitgleich an allen Modulen erfaßt werden. Diese Meßdaten werden digitalisiert und dann in Speicherschaltungen an den Modulen zwischengespeichert und von dort seriell von der Auswerteeinheit abgefragt und ausgewertet, wobei jedem Modul eine ansteuerbare Moduladresse zugeordnet ist.The transmission is advantageously serial and frequency modulated. The simultaneous acquisition of measurement data on the individual modules is essential for the assessment of the functional status of a battery from individual modules of an overall association. For this purpose, the acquisition of the measurement data is advantageously triggered by the central evaluation unit, so that these are acquired simultaneously on all modules. These measurement data are digitized and then temporarily stored in memory circuits on the modules and from there serially queried and evaluated by the evaluation unit, each module being assigned a controllable module address.
Zur Reduzierung des Energieverbrauchs der verwendeten Schaltungen gehen diese in einen Bereitschaftszustand als sog. "Sleepmode" über, wenn die Schaltung weder zur zeitgleichen Erfassung von Meßdaten getriggert ist, noch Meßdaten an die Auswerteeinheit übertragen werden.To reduce the energy consumption of the circuits used, they go into a ready state as a so-called "sleep mode" if the circuit is neither triggered for the simultaneous acquisition of measurement data, nor is measurement data transmitted to the evaluation unit.
In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Datenübertragung auf den Leistungskabeln wird zur Erzeugung einer Wechselspannung in an sich bekannter Weise ein Schwingkreis verwendet, wobei durch die Anregung des Schwingkreises an der Batterie und/oder den Modulen und/oder den Zellen eine Modulationsspannung abfällt. Zur Auswertung der Meßdaten wird ein Mikrocomputer verwendet. Die Auswerteschaltung kann dabei in einen Mikrocomputer integriert sein, der auch für andere Funktionen verwendet ist.In a device for carrying out the method for data transmission on the power cables, an oscillating circuit is used in a manner known per se to generate an alternating voltage, a modulation voltage dropping due to the excitation of the oscillating circuit on the battery and / or the modules and / or the cells. A microcomputer is used to evaluate the measurement data. The evaluation circuit can be integrated in a microcomputer that is also used for other functions.
Vorteilhaft werden Speicherschaltungen zur Zwischenspeicherung von Meßdaten in jedem Modul integriert, so daß zwischen den Meßwertgebern und diesen Zwischenspeichern keine aufwendige Verkabelung erforderlich ist.Memory circuits for temporarily storing measurement data are advantageously integrated in each module, so that no complex wiring is required between the sensors and these intermediate memories.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to a drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für eineFig. 1 is a block diagram of an apparatus for performing the method for a
Ladezustandskontrolle einer Batterie, und Fig. 2 ein Schaltbild für einen Serienschwingkreis zur Übertragung von Meßdaten mit einer codierten Wechselspannung.State of charge control of a battery, and Fig. 2 is a circuit diagram for a series resonant circuit for the transmission of measurement data with a coded AC voltage.
In Fig. 1 ist eine Batterie 1 dargestellt, von der Leistungskabel 2 und 3 zu Verbrauchern führen, die schematisch als Lastwiderstand 4 dargestellt sind. Im Leistungskabel 2 sind ein Meßshunt 5 und ein Hauptschalter 6 enthalten. Der Meßshunt 5 ist über Meßleitungen 7 und 8 mit einer zentralen Auswerteeinheit 9 verbunden. Diese hat weiter über Signalleitungen 10, 11 Verbindung mit den Leistungskabeln 2, 3. Die Batterie 1 soll die Energiequelle in einem batteriebetriebenen Fahrzeug darstellen, wobei der Lastwiderstand 4 im wesentlichen einen Elektroantriebsmotor darstellt. Die Batterie 1 ist modulartig aufgebaut, wobei übliche Bleiakkus als in Reihe geschaltete Module 12 bis 17 verwendet sind. In jedem Modul 12 bis 17 ist eine Modulschaltung als Modulcontroller 19 bis 24 integriert.In Fig. 1, a battery 1 is shown, from the power cables 2 and 3 lead to consumers, which are shown schematically as a load resistor 4. A power shunt 5 and a main switch 6 are included in the power cable 2. The measuring shunt 5 is connected to a central evaluation unit 9 via measuring lines 7 and 8. This also has a connection to the power cables 2, 3 via signal lines 10, 11. The battery 1 is intended to represent the energy source in a battery-operated vehicle, the load resistor 4 essentially representing an electric drive motor. The battery 1 is constructed in a modular manner, with conventional lead-acid batteries being used as modules 12 to 17 connected in series. A module circuit as a module controller 19 to 24 is integrated in each module 12 to 17.
Jeder Modulcontroller 19 bis 24 ist wie eingezeichnet an die Klemmen 25, 26 jedes zugeordneten Moduls 12 bis 17 zur Erfassung der Klemmenspannung angeschlossen. Weiter ist jeder Modulcontroller 19 bis 24 an weitere (nicht eingezeichnete), jedem Modul zugeordnete Meßwertgeber, beispielsweise an Temperaturgeber angeschlossen.As shown, each module controller 19 to 24 is connected to the terminals 25, 26 of each assigned module 12 to 17 for detecting the terminal voltage. Furthermore, each module controller 19 to 24 is connected to further measuring sensors (not shown) assigned to each module, for example to temperature sensors.
In der zentralen Auswerteeinheit 9 sind insbesondere Hochspannungsfilter, Gleichrichter, Verstärker und ein Mikrorechner enthalten.The central evaluation unit 9 contains, in particular, high-voltage filters, rectifiers, amplifiers and a microcomputer.
Die Modulcontroller 19 bis 24 enthalten weiter mit der zentralen Auswerteeinheit 9 zusammenwirkende, Digitalisier- und Zwischenspeichereinrichtungen sowie einen Anschluß an einen Serienschwingkreis über dessen Wechselspannung zwischengespeicherte Meßdaten übertragbar sind.The module controllers 19 to 24 further contain digitizing and buffering devices that interact with the central evaluation unit 9 and a connection to a series resonant circuit via whose alternating voltage buffered measurement data can be transmitted.
Im Schaltbild nach Fig. 2 ist der strichliert eingerahmte Bereich 27 batterieseitig, wobei mit Bezugszeichen 28 ein Modul der Batterie und mit R1 in ohmscher Widerstand und mit L2 eine Induktivität eines komplexen Innenwiderstands der Batterie bezeichnet sind. Induktivitäten L2 und L3 stellen die Zuleitungen mit Leitungsinduktivitäten dar.In the circuit diagram according to FIG. 2, the area 27 framed by dashed lines is on the battery side, reference number 28 denoting a module of the battery and R1 indicating an ohmic resistance and L2 indicating an inductance of a complex internal resistance of the battery. Inductors L2 and L3 represent the leads with line inductances.
Der übrige Bereich der Schaltung ist dem Modulcontroller zugeordnet. Die Zuleitungen mit den Induktivitäten L2 und L3 sind mit einem Transistor Q2 verbunden, der in Verbindung mit weiteren Widerständen, insbesondere R2, R3, R4, R5 und einer Kapazität C1 einen Serienschwingkreis bildet, der dicht an der Resonanzfrequenz betrieben wird.The remaining area of the circuit is assigned to the module controller. The feed lines with the inductors L2 and L3 are connected to a transistor Q2 which, in conjunction with further resistors, in particular R2, R3, R4, R5 and a capacitor C1, forms a series resonant circuit which is operated close to the resonance frequency.
Über eine weitere Kapazität C2 wird am Verzweigungspunkt der Widerstände R3, R4, R5 eine Wechselspannung eingespeist, die über einen Oszillator 1 erzeugt wird. Zudem ist der Pluspol 29 im batteπeseitigen Teil über eine Induktivität L4 mit dem Widerstand R4 und weiter über eine Glattungskapazitat C3 mit Masse 30 verbundenAn alternating voltage, which is generated via an oscillator 1, is fed in via a further capacitance C2 at the branching point of the resistors R3, R4, R5. In addition, the Positive pole 29 in the battery-side part is connected to resistor R4 via an inductor L4 and further to ground 30 via a smoothing capacitor C3
Der Schaltungsteil der zentralen Auswerteeinheit 9 (Fig 1 ) zum Senden von codierten Informationen ist ähnlich aufgebaut Unterschiede bestehen in der Abstimmung des Schwingkreises L1 , R1 , L2, L3 und C1 , da als Quellenspannung 28 die gesamte Batterie 1 (Fig 1) wirksam istThe circuit part of the central evaluation unit 9 (FIG. 1) for sending coded information is constructed similarly. There are differences in the tuning of the resonant circuit L1, R1, L2, L3 and C1, since the entire battery 1 (FIG. 1) is effective as the source voltage 28
Die in Fig 1 und 2 dargestellten Anordnungen haben folgende FunktionThe arrangements shown in FIGS. 1 and 2 have the following function
An den einzelnen Modulen 12 bis 17 werden jeweils die Modulspannung und die Modultemperatur erfaßt Besteht ein Modul aus mehreren Zellen werden diese ebenfalls hinsichtlich Ihrer Spannungslage überwachtThe module voltage and the module temperature are recorded on the individual modules 12 to 17. If a module consists of several cells, these are also monitored with regard to their voltage level
Für ein zeitgleiches Messen an allen Modulen werden diese von der zentralen Auswerteeinheit 9 getriggert. Die Kommunikation zwischen der zentralen Auswerteeinheit 9 als Master und den Modulcontrollern 19 bis 24 als Slaves wird immer über den Master initialisiert Der Befehl "Messung starten" gilt dabei für alle Modulcontroller. Er initialisiert eine Spannungsmessung Temperaturmessung, wobei die Meßdaten in einer Speichereinheit des Modulcontrollers digitalisiert zwischengespeichert werdenFor a simultaneous measurement on all modules, these are triggered by the central evaluation unit 9. Communication between the central evaluation unit 9 as the master and the module controllers 19 to 24 as slaves is always initialized via the master. The "Start measurement" command applies to all module controllers. It initializes a voltage measurement, temperature measurement, the measurement data being digitized and temporarily stored in a memory unit of the module controller
Anschließend werden von der zentralen Auswerteeinheit 9 sequentiell die zwischengespeicherten Meßdaten abgefragt. Dazu wird über die Leistungskabel ein Adresscode übertragen Der angesprochene Modulcontroller antwortet dabei im Echoverfahren, wobei mit Hilfe eines Startbits (Low Potential), 8 Datenbits und ein Stopbit (High Potential) nacheinander der jeweils zwischengespeicherte Spannungswert und Temperaturwert von einem Modulcontroller an die zentrale Auswerteeinheit übertragen werden Anschließend wird ein nächster Modulcontroller abgefragt. Nach dem Vorliegen aller Meßdaten in der zentralen Auswerteeinheit wird dort die Auswertung nach an sich bekannten Kriterien vorgenommen und der Ladezustand der Batterie angezeigt Subsequently, the temporarily stored measurement data are queried sequentially by the central evaluation unit 9. For this purpose, an address code is transmitted via the power cable.The addressed module controller replies in the echo process, with the help of a start bit (low potential), 8 data bits and a stop bit (high potential) successively transmitting the temporarily stored voltage value and temperature value from a module controller to the central evaluation unit Then a next module controller is queried. After all the measurement data are available in the central evaluation unit, the evaluation is carried out there according to criteria known per se and the charge status of the battery is displayed

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Überwachung und/oder Ladesteuerung einer aus Modulen zusammengesetzten Batterie (1), insbesondere in einem batteriebetriebenen Fahrzeug, bei dem an der Batterie (1) relevante Meßdaten erfaßt werden, die einer Auswerteeinheit (9) zugeführt werden und Leistungskabel (2, 3) von der Batterie (1) zu wenigstens einem Verbraucher (4) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (9) an die Leistungskabel (2, 3) angeschlossen ist und die Meßdaten mittels einer codierten Wechselspannung über die Leistungskabel (2, 3) an die Auswerteeinheit (9) übertragen werden.1. Method for monitoring and / or charging control of a battery (1) composed of modules, in particular in a battery-operated vehicle, in which relevant measurement data are recorded on the battery (1), which are fed to an evaluation unit (9) and power cables (2, 3) are led from the battery (1) to at least one consumer (4), characterized in that the evaluation unit (9) is connected to the power cables (2, 3) and the measurement data by means of a coded AC voltage via the power cables (2, 3) are transmitted to the evaluation unit (9).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten frequenzmoduliert übertragen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement data are transmitted frequency-modulated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßdaten die Temperatur und die Spannung erfaßt werden.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the temperature and the voltage are detected as measurement data.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten an den einzelnen Modulen (12 bis 17) und ggf. an deren Zellen erfaßt werden und über die Leistungskabel (2, 3) direkt an die Auswerteeinheit (9) oder an andere Module (12 bis 17) übertragen werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the measurement data on the individual modules (12 to 17) and possibly on their cells are detected and via the power cable (2, 3) directly to the evaluation unit (9) or transferred to other modules (12 to 17).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine zeitgleiche Erfassung der Meßdaten an den einzelnen Modulen (12 bis 17) die Messung von der zentralen Auswerteeinheit (9) getriggert und die Meßdaten im jeweiligen Modul (12 bis 17) zwischengespeichert werden, und daß jedem Modul (12 bis 17) eine Moduladresse zugeordnet wird, über die die zwischengespeicherten Meßdaten von der Auswerteeinheit (9) abgefragt und ausgewertet werden.5. The method according to claim 4, characterized in that for a simultaneous acquisition of the measurement data on the individual modules (12 to 17), the measurement is triggered by the central evaluation unit (9) and the measurement data are buffered in the respective module (12 to 17), and that each module (12 to 17) is assigned a module address via which the temporarily stored measurement data are queried and evaluated by the evaluation unit (9).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die für die Trigge- rung der Messungen und für die Übertragung der Meßdaten verwendete Schaltung in einen Bereitschaftszustand als sog. "Sleepmode" mit geringem Energieverbrauch schaltet, wenn die Schaltung weder getriggert ist noch Meßdaten übertragen werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the circuit used for the triggering of the measurements and for the transmission of the measurement data switches into a standby state as a so-called "sleep mode" with low energy consumption when the circuit is neither triggered nor measurement data be transmitted.
7. Vorrichtung zur Überwachung und/oder Ladesteuerung einer aus Modulen zusammengesetzten Batterie (1), insbesondere in einem batteriebetriebenen Fahrzeug, bei der an den Modulen (12 bis 17) der Batterie und/oder Zellen von Modulen Meßwertgeber angeordnet sind, deren Ausgangssignale einer zentralen Auswerteeinheit (9) über Informationsleitungen zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Informationsleitungen die Batterie (1) mit mindestens einem Verbraucher (4) verbindenden Leistungskabel (2, 3) verwendbar sind.7. Device for monitoring and / or charging control of a battery (1) composed of modules, in particular in a battery-operated vehicle, in which sensors and modules are arranged on the modules (12 to 17) of the battery and / or cells, the output signals of which are central Evaluation unit (9) can be fed via information lines, characterized in that the battery (1) can be used as information lines with power cables (2, 3) connecting at least one consumer (4).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem zu überwachenden Modul (12 bis 17) ein Modulcontroller (19 bis 24) zugeordnet ist, welcher über die Leistungskabel (2, 3) zumindest mit der zentralen Auswerteeinheit (9) in Verbindung steht.8. The device according to claim 7, characterized in that each module to be monitored (12 to 17) is assigned a module controller (19 to 24), which is connected via the power cable (2, 3) at least with the central evaluation unit (9) .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß über die Modulcontroller (19 bis 24) jeweils ein aus dem Innenwiderstand (L1 , R1) der einzelnen Module (12 bis 17) und einem Kondensator (C1) des jeweiligen Modulcontrollers (19 bis 24) gebildeter Schwingkreis zur Erzeugung einer Wechselspannung auf den Leistungs- kabeln (2, 3) anregbar ist, welche von der zentralen Auswerteeinheit (9) auswertbar ist.9. The device according to claim 8, characterized in that via the module controller (19 to 24) in each case one of the internal resistance (L1, R1) of the individual modules (12 to 17) and a capacitor (C1) of the respective module controller (19 to 24 ) formed resonant circuit for generating an alternating voltage on the power cables (2, 3) can be excited, which can be evaluated by the central evaluation unit (9).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die zentrale Auswerteeinheit (9), ein aus dem Innenwiderstand der aus Modulen (12 bis 17) zusammengesetzten Batterie (1) und einem Kondensator (C1) der Auswerteeinheit (9) gebildeter Schwingkreis zur Erzeugung einer Wechselspannung anregbar ist, welche von den einzelnen Modulcontrollern (19 bis 24) auswertbar ist.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that via the central evaluation unit (9), a from the internal resistance of the module (12 to 17) assembled battery (1) and a capacitor (C1) of the evaluation unit (9 ) formed oscillating circuit can be excited to generate an alternating voltage, which can be evaluated by the individual module controllers (19 to 24).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Modul (12 bis 17) eine Speicherschaltung zugeordnet ist zur Zwischenspeicherung der nach einer Triggerung durch die zentrale Auswerteeinheit (9) erfaßten, digitalisierten Meßdaten des jeweiligen Moduls (12 bis 17), und daß die zentrale Auswerteeinheit (9) Steuermittel enthält für eine serielle Abrufung der zwischengespeicherten Meßdaten.11. The device according to any one of claims 7 to 10, characterized in that each module (12 to 17) is assigned a memory circuit for temporarily storing the digitized measurement data of the respective module (12 to 17) acquired after triggering by the central evaluation unit (9) ), and that the central evaluation unit (9) contains control means for serial retrieval of the temporarily stored measurement data.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung in den Modulcontrollern (19 bis 24) integriert ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the memory circuit is integrated in the module controllers (19 to 24).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulcontroller (19 bis 24) direkt aus den Modulen (12 bis 17) mit Spannung versorgbar sind.13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the module controller (19 to 24) can be supplied with voltage directly from the modules (12 to 17).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulcontroller (19 bis 24) in dem jeweiligen Modul (12 bis 17) integriert sind. 14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the module controller (19 to 24) in the respective module (12 to 17) are integrated.
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