用于参数测量的电池控制器模块之间的时间同步的制作方法
【专利说明】用于参数测量的电池控制器模块之间的时间同步
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]不适用。
[0003]关于联邦政府赞助研宄的声明
[0004]不适用。
【背景技术】
[0005]本发明总体上涉及电动车辆内的电池监控，且更具体地，涉及通过使多单元电池或电池组内的不同单元的模块分离进行的同步测量。
[0006]直流(DC)电源(例如，电池)和用于全电动车辆或混合动力电动车辆的电力驱动的其它元件需要监控，从而最大限度地提高效率和性能以及检测潜在的故障。常用电池的类型一一比如锂离子(L1-1on)—一使用大量堆叠在一起成为电池组的单独的电池单元。除了监控通过电池组输出的总电压以外，每个单元被典型地单独监控来确定它们的电压生产，电流和其它参数。每个电池单元的温度也被监控，从而防止过热。
[0007]由于所涉及的高电压水平，在堆叠内操作各自单元的中间电压的范围，以及所要求的精确度的高水平，所以可靠地监控各种电池条件是非常具有挑战性的。各种电池监控的集成电路设备已经在商业上开发用于车辆环境中的使用。商业上可用的电池监控IC设备的示例包括可向马萨诸塞州诺伍德的亚德诺半导体(Analog Devices, Inc.)购买的AD7280A设备，可向加利福尼亚州米尔皮塔斯的凌力尔特公司(Linear TechnologyCorporat1n)购买的LTC6804设备和可向加利福尼亚州米尔皮塔斯的英特砂尔公司(Intersil Corporat1n)购买的ISL94212多单元锂离子电池管理器。
[0008]典型的电池能量控制器模块(BECM)使用IC设备，其包括或可被编程为包括各种电池管理和除了监控功能以外的通信功能。然而，由于空间的限制，BECM设备典型地包括用于监控至多大约一百个单独电池单元的输入。单个电池组可以具有超过一百个单元，并且一些车辆可以包括一个以上的电池组。因此，电池组感测模块(BPSM)通常与额外的监控IC 一起使用来测量其它单元的参数，并且将它们报告给BECM。
[0009]为了精确地测量和评估与单独电池单元相关联的各种参数，同步对多个单元所进行的测量变得很重要。由于负载变化，例如，单独单元电压和电流会非常快地变化以致于在不同的采样时间进行的测量减少了准确比较一个单元和另一个单元性能的能力。每个监控IC对其所有单元同时平行采样，被称为采样时刻(sampling moment) ο
[0010]由于每个BPSM包含内部时间基准，所以其单元的测量很容易地同步。然而，由于电池组内大量的单元，当需要多个IC时，在分离的BPSM之间的协调信号可能是必要的。正如美国专利申请公布说明书2010/0161260AI中所提出的，外部产生的定时脉冲可以被分配到每个BPSM以致于电池单元参数的采样可以同时被触发。这种同步的方式具有不能够提供测量的预先通知来允许任何预备的步骤在IC内将被采用的缺点，以及产生或检测定时信号的任何失败可能未被察觉并且可能导致缺少测量。
[0011]另一个解决方案已经允许BECM内部地产生其采样时刻，然后根据采样时刻的发生发送多路复用消息给BPSM。然而，多路复用消息包括会在BECM的初次采样时刻和BPSM的二次采样时刻之间造成不良延迟的消息仲裁和传输内的固有延迟。
【发明内容】
[0012]在本发明的一个方面，提供装置用于具有至少一个多单元电池组的电动车辆。主控制器耦接到第一多个单元来测量每个单元的预定参数。主控制器确定用于采样每个第一多个单元的预定参数以固定的频率重现的采样时刻。主控制器在每个采样时刻产生同步脉冲。辅助控制器被耦接到第二多个单元来测量每个单元的预定参数。辅助控制器接收同步脉冲来启动以主控制器固定频率的预定倍数操作的脉冲发生器。辅助控制器计数通过脉冲发生器产生的脉冲和根据预定的脉冲计数安排二次采样时刻。
[0013]根据本发明的一个实施例，其中脉冲计数在达到计数等于预定倍数减一之后停止，并且二次采样时刻在最后计数脉冲之后以固定延迟发生。
[0014]根据本发明的一个实施例，其中主控制器和辅助控制器通过多路复用总线连接，其中主控制器在每个采样时刻发送多路复用消息到辅助控制器，并且如果脉冲发生器没有已经启动，则一旦收到每个多路复用消息时辅助控制器启动脉冲发生器。
[0015]根据本发明的一个实施例，其中辅助控制器测量同步信号的预定特性，将测量的特性与预定的限制进行比较来检测有效性，且当比较检测到无效时，则响应于多路复用消息仅仅启动脉冲发生器。
[0016]根据本发明的一个实施例，其中预定参数由单元电压组成。
[0017]根据本发明的一个实施例，其中辅助控制器在另一个脉冲计数处安排用于另一个参数的另一个采样时刻。
[0018]根据本发明的一个实施例，其中另一个参数由单元电流组成。
[0019]根据本发明的一个实施例，其中另一个参数由穿过多个单元的电压组成。
[0020]根据本发明的一个实施例，其中主控制器由电池能量控制器模块组成，且辅助控制器由电池组感测模块组成。
[0021]根据本发明的一个实施例，其中第一多个单元设置在第一电池组内并且第二多个单元设置在第二电池组内。
[0022]根据本发明，提供一种同步电动车辆内的多单元电池的参数测量的方法，包含:
[0023]耦接到第一多个单元的主控制器确定以固定频率重现的初次采样时刻；
[0024]在初次采样时刻，主控制器产生同步脉冲和采样每个第一多个单元的预定参数；
[0025]耦接到第二多个单元的辅助控制器响应于同步脉冲启动以主控制器固定频率的预定倍数的频率操作的脉冲发生器；
[0026]辅助控制器计数通过脉冲发生器产生的脉冲和根据预定的脉冲计数安排二次采样时刻；以及
[0027]辅助控制器在二次采样时刻采样每个单元的预定参数。
[0028]根据本发明的一个实施例，其中脉冲计数在达到计数等于预定倍数减一之后停止，并且二次采样时刻在最后计数脉冲之后以固定延迟安排。
[0029]根据本发明的一个实施例，其中主控制器和辅助控制器通过多路复用总线连接，且本发明的方法进一步包含以下步骤:
[0030]主控制器在每个初次采样时刻发送多路复用消息到辅助控制器；以及
[0031]如果脉冲发生器没有已经启动，则一旦收到每个多路复用消息时辅助控制器启动脉冲发生器。
[0032]根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含以下步骤:
[0033]辅助控制器测量同步信号的预定特性；
[0034]将测量的特性与预定的限制进行比较来检测有效性；以及
[0035]当比较检测到无效时，则响应于同步信号抑制脉冲发生器的启动。
[0036]根据本发明的一个实施例，其中预定参数由单元电压组成。
[0037]根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含辅助控制器在另一个脉冲计数处安排用于另一个参数的另一个采样时刻的步骤。
[0038]根据本发明的一个实施例，其中另一个参数由单元电流组成。
[0039]根据本发明的一个实施例，其中另一个参数由穿过多个单元的电压组成。
[0040]根据本发明，提供一种用于同步电池单元测量的装置，包含:
[0041]产生以固定频率重现的初次采样时刻的主控制器；以及
[0042]具有以固定频率的倍数操作的脉冲发生器的辅助控制器；
[0043]其中主控制器发送立即的同步信号和多路复用消息给辅助控制器用于启动脉冲发生器，脉冲发生器脉冲的计数确定与初次采样时刻同步的二次采样时刻。
【附图说明】
[0044]图1是显示了一种类型的具有主电池组和电池能量控制模块的电动车辆的框图。
[0045]图2是显示了多单元电池组和用于感测电池单元电压和电流的相关联的模块的示意图。
[0046]图3是更详细地显示了本发明的模块的一个实施例的框图。
[0047]图4是显示了本发明的一个实施例中主控制器内采样时刻的计时的流程图。
[0048]图5是显示了用于确定与初次采样时刻同步的辅助控制器内的二次采样时刻的一个优选方法的流程图。
[0049]图6是显示了任务信号和通过主控制器的初次采样时刻的安排的计时图。
[0050]图7是显示了通过主控制器产生的同步信号在与图6相同的时间尺度上的计时图。
[0051]图8显示了在通过响应于同步信号触发辅助控制器内的脉冲发生器产生的一系列脉冲。
【具体实施方式】
[0052]如本文所使用的术语“电动车辆”包括具有用于车辆推进的电动马达的车辆，比如纯电动车辆(BEV)，混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)。BEV包括电动马达，其中，用于马达的能量源是从外部电网可重新充电的电池。在BEV中，电池是用于车辆推进的能量的来源。HEV包括内燃发动机和电动马达，其中用于发动机的能量源是燃料并且用于马达的能量源是电池。在HEV中，发动机是用于车辆推进的能量的主要来源，电池提供用于车辆推进的补充能量(例如，电池缓冲燃料能量和以电的形式恢复动能)。PHEV类似于HEV，但是PHEV具有从外部电网可重新充电的较大容量电池。在PHEV中，电池是用于车辆推进的主要来源，直至电池耗尽到低能级的能量，此时，PHEV类似于HEV操作用于车辆推进。
[0053]举例来说，图1将车辆10描述为通过电动马达11推进而没有来自内燃发动机的帮助的纯电动车辆(BEV)。马达11接收电力，并且提供驱动转矩用于车辆推进。马达11也可以起到发电机的作用用于通过再生制动将机械能转变成电能。马达11是动力传动系统12的一部分，在动力传动系统12中，变速箱13使马达11耦接到从动轮14。变速箱13通过预定的齿轮比调节马达11的驱动转矩和速度。
[0054]车辆10包括含有主电池组16和电池能量控制器模块(BECM) 17的电池系统15。电池组16的输出连接到逆变器18，其将通过电池供应的直流(DC)电源转变成用于根据来自牵引控制模块(TCM) 20的命令操作马达11的交流(AC)电源。TCM 20除了其他方面以外监控马达11的位置，速度和功耗，并且提供对应于该信息的输出信号给其它包括主车辆控制器21的车辆系统(例如，其可以是动力传动系统控制模块，或PCM)。
[0055]提供AC充电器22用于从比如交流电网这样的外部供给电源(未示出)为主电池16充电。尽管车辆10被显示