用于激活蓄电池的多个监控单元的方法、蓄电池和具有这种蓄电池的机动车的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种蓄电池(200；400)，其包括多个蓄电池模块(202)和多个监控单元(204；300、302；402、404、405)，其中，监控单元(204；300、302；402、404、405)分别与蓄电池模块(202)相连接；蓄电池控制单元(219；312；412)和第一通信网络(218)，尤其是现场总线(218)，所述监控单元(204；300、302；402、404、405)与其连接，并且所述第一通信网络被构造为从所述蓄电池控制单元(219；312；412)或者向其传输数据。此外，所述蓄电池(200；400)还包括第二通信网络(310；408)，其被构造为把激活一个监控单元(204；300、302；402、404、405)的激活信号(A)传输给另一个监控单元(204；302；404、405)。另外，还提出一种用于激活蓄电池的多个监控单元的方法(600)。此外，提出一种具有所述蓄电池的机动车，其中，所述蓄电池与机动车的驱动系统相连接。
【专利说明】用于激活蓄电池的多个监控单元的方法、蓄电池和具有这种蓄电池的机动车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蓄电池，其具有多个蓄电池模块和多个监控单元，其中，各个监控单元分别与蓄电池模块相连接，所述监控单元与蓄电池控制单元和第一通信网络尤其是现场总线相连接，并被构造为从所述蓄电池控制单元或者向其传输数据。另外，本发明还涉及一种用于激活蓄电池的多个监控单元的方法。此外，本发明还涉及一种具有所述蓄电池的机动车，所述蓄电池与机动车的驱动系统相连接。
【背景技术】
[0002]锂-离子蓄电池，例如，用于机动车的，已知由大量蓄电池单元组成。该蓄电池单元出于安全要求，例如，要对其电压和温度进行监测。所述监测由监控单元，亦称蓄电池监测电路来执行。传统的监控单元往往通过已知的CAN总线(控制器区域网络)与中央的控制器通信。传统的监控单元通常被构造为使用相同的软件和硬件，以便能够有利地进行制造。
[0003]图1示出一种已知的蓄电池100，其包括多个蓄电池模块102和分别与之连接的监控单元104。所述蓄电池模块102包括多个各自串联的锂-离子蓄电池106。所述监控单元104这样地连接在蓄电池模块102上，使之能够测量以及监测其电压。所有监控单元104和蓄电池控制单元107利用CAN总线108相连接。已知的监控单元104在软件和硬件上是相同的。在监控单元104接通时，蓄电池控制单元BCU通过CAN总线以随机的顺序对其赋予地址。
【发明内容】
[0004]依据本发明所述提供一种蓄电池，其包括多个蓄电池模块和多个监控单元。各个监控单元分别与蓄电池模块相连接。此外，依据本发明所述的蓄电池还包括蓄电池控制单元和第一通信网络，特别地，现场总线，所述监控单元与其相连接。第一通信网络被构造为从所述蓄电池控制单元或者向其传输数据。此外，所述蓄电池还包括第二通信网络，其被构造为把用于激活一个监控单元的激活信号传输给另一个监控单元。
[0005]此外，一种机动车包括依据本发明所述的蓄电池，其中，所述蓄电池与机动车的驱动系统相连接。
[0006]依据本发明的用于激活蓄电池的多个监控单元的方法，该蓄电池包括多个蓄电池模块，其中，监控单元分别与所述蓄电池模块相连接，蓄电池控制单元和第一通信网络尤其是与所述监控单元相连接，并且从所述蓄电池控制单元或者向其传输数据，基本上包括下列步骤:
[0007]a)通过第二通信网络从所述蓄电池控制单元向第一监控单元发送激活信号；
[0008]b)通过所述激活信号激活第一监控单元，
[0009]c)通过所述第二通信网络从所述被激活的监控单元向另一个监控单元发送激活信号，
[0010]d)激活另一个监控单元，
[0011]e)重复步骤c)和d)，直至多个监控单元已被激活。
[0012]本发明的优点
[0013]传统的监控单元，其基本上具有相同的软件和硬件，在依据本发明所述的蓄电池中能够特别地通过第二通信网络顺序地，就是说，依次地激活。这时，所述蓄电池控制单元能够优选地通过第一通信网络给每个被激活的检测单元指派通信地址。当所述监控单元的激活按一个确定的空间顺序进行时，该监控单元能够按相同的顺序寻址，以便所述蓄电池控制单元能够根据地址，例如推断出所述监控单元的空间安排。因此，依据本发明所述蓄电池的优点在于，例如在任意一个蓄电池模块损坏的情况下，通过其地址能够给出所述损坏的蓄电池模块的位置，以便能够迅速地发现、加以修理或者更换。
[0014]第二通信网络不同于传统的蓄电池，其能够防止随机地激活监控单元，并且能够向所述监控单元提供优选的预先确定的激活顺序。
[0015]按照另一个实施方式，所述蓄电池能够包括多个开关元件，其中，各个开关元件分别与监控单元和所述第二通信网络相连接。优选地，所述开关元件被构造用来激活或去激活所述监控单元。
[0016]此外，监控单元还能够包括，例如，电压测量器、温度传感器、微控制器和电压调节器。所述电压调节器能够由蓄电池模块电压以适当的电压供给所述微控制器。所述电压测量器能够测量蓄电池模块的电压，所述温度传感器能够测量蓄电池模块的温度。所述微控制器能够获取、存储和/或比较这些测量值，以及通过所述第一通信网络，例如，向蓄电池控制单元发送所述测量值。
[0017]此外，所述蓄电池控制单元还能够通过第一通信网络请求确定的监控单元的测量值，这时，所述蓄电池控制单元优选地向各个具有唯一地址的监控单元发出请求，以便只有被请求的监控单元答复所述请求。
[0018]优选地，开关元件通过第二通信网络控制是可控制的，并且使所述监控单元或者与所述蓄电池模块电压或者由线性调节器提供的适当的电压相连接，或者把所述监控单元与它们分开，也就是说，所述开关元件能够激活或者去激活所述监控单元。开关元件，特别是半导体开关器件能够有利地和简单地通过第二通信网络控制。
[0019]按照另一个实施方式，所述开关元件能够包括各自具有光接收器和对应的光发射器的光电稱合器。光电稱合器的所述光发射器能够与监控单兀相连接，而同一光电稱合器的光接收器能够与另一个监控单元相连接。
[0020]优选地，所述光电耦合器实现电隔离的电路之间，例如，监控单元的电路和第二通信网络的电路之间的激活信号的传输。
[0021]例如，能够用金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)、继电器等作为开关元件。
[0022]按照另一个实施方式，所述第二通信网络能够包括多个时钟控制的延迟环节。优选地，所述时钟控制的延迟环节包括D型触发器，例如时钟边缘控制的D型触发器或时钟状态控制的D型锁存器。
[0023]按照另一个实施方式，所述延迟环节各自基本上包括至少一个数据输入端、一个时钟输入端和一个数据输出端，其中，所述延迟环节的数据输出端能够与所述开关元件之一和与另一个延迟环节的数据输入端相连接。这样的延迟环节实质上实现存储一个位，例如，用于激活信号的“I”。此外，多个串联的延迟环节特别地能够形成一个移位寄存器，例如，在时钟输入端出现有效时钟边沿时，施加在数据输入端上的激活信号便给到数据输出端，否则存储。从而还能够优选地以确定的时间间隔依次地，特别地，对应于时钟信号激活或者导通多个监控单元。
[0024]按照另一个实施方式，依据本发明所述蓄电池能够包括蓄电池管理系统。蓄电池管理系统能够被构造为电子的控制器，并使全面监测和调节该所述蓄电池模块成为可能。所述蓄电池管理系统在机动车上，例如，能够承担充电调节器的功能。
[0025]按照另一个实施方式，依据本发明所述蓄电池，第一监控单元通过所述第二通信网络与所述蓄电池控制单元是可连接的。所述第一监控单元优选地能够从所述蓄电池控制单元接收激活信号，被激活并接着，通过所述第二通信网络把所述激活信号传输到其他监控单元。从而所述蓄电池控制单元不必直接控制每个监控单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]将依据附图及后续的说明进一步阐述本发明的实施例，其中:
[0027]图1示出了由【背景技术】已知的蓄电池；
[0028]图2示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池；
[0029]图3示出了依据本发明的另一个实施例的监控单元；
[0030]图4示出了依据本发明的另一个实施例的蓄电池；
[0031]图5示出了依据本发明的另一个实施例的第二通信网络的脉冲图；以及
[0032]图6示出了依据本发明的一个实施例的方法。
【具体实施方式】
[0033]图2示出了一个具有蓄电池模块202和监控单元204的蓄电池200。该蓄电池模块202包括多个锂-离子蓄电池单元206的串联电路。两条测量线和电源线208测量该串联电路的电压并使蓄电池模块202与该监控单元204相连接。该监控单元204包括电压测量装置210、构成开关元件的光电耦合器212、线性调节器214和微控制器216。
[0034]电压测量装置210连接在测量线和电源线208上，并且测量该串联电路的电压，也就是说，蓄电池模块202的电压。此外，测量线和电源线208向微控制器216供给能量。微控制器216串接线性调节器214，以便把蓄电池模块202的电压转换为适用于微控制器216的电源电压。微控制器216能够获取、存储和/或比较测量到的电压。此外，微控制器216还通过CAN总线218形成与蓄电池控制单元219连接的第一通信网络。微控制器216通过CAN总线218把测量到的电压或其处理结果传输给蓄电池控制单元219。
[0035]除了蓄电池模块202的电压以外，监控单元204还能够测量、获取、存储、比较其他测量值，例如，蓄电池模块202或单个锂-离子蓄电池单元206的温度，并将其传输给蓄电池控制单元219。
[0036]在电动机动车中，具有多个监控单元的多个蓄电池模块202能够与蓄电池控制单元219形成蓄电池200。
[0037]例如，若一个蓄电池模块202的测量到的电压下降到确定的阈值以下，或者若单个蓄电池模块202完全失效，即是损坏的，则一个传统蓄电池的蓄电池控制单元无法推断出损坏的蓄电池模块202的位置。
[0038]然而，依据本发明的一个实施例，蓄电池200具有光电耦合器212和连接于其上的控制导线220，它们共同形成第二通信网络。蓄电池控制单元219通过第二通信网络依次激活蓄电池200的所有蓄电池模块202，并且同时通过CAN总线218分别向刚刚被激活蓄电池模块202指派唯一的通信地址。这也是可能的，该蓄电池模块202在激活之后自行提供通信地址。当监控单元204按一个确定的空间顺序与第二通信网络连接时，能够按相同的顺序实现通信地址的分配。蓄电池控制单元219在单个蓄电池模块202损坏的情况下，能够在多个蓄电池模块202中找到该蓄电池模块，以便能够迅速地对其进行修理或者更换。
[0039]图3示出了多个基本上构造相同的监控单元300、302，它们基本上与图2所示的监控单元204 —致。监控单元300形成第一监控单元，监控单元302形成另一个监控单元。
[0040]监控单兀300、302分别包括构成开关兀件的光电稱合器304。每个光电稱合器304都包括诸如红外线发光二极管的光发射器306和光接收器308 (例如光敏晶体管)。第一监控单元300的光发射器306通过第二通信网络310与蓄电池控制单元312相连接。蓄电池控制单元312通过该第二通信网络向第一监控单元300的光发射器306发送激活信号，以便使之流过电流。光开关306以此使光接收器308导通，使之向微控制器216供应能量，从而激活第一监控单元300并通过CAN总线218获得第一通信地址。
[0041]此外，监控单元300、302分别包括电流源314。另一个监控单元302的光发射器306连接到第一监控单元300的高电压电位和第一监控单元300的电流源314上。当第一监控单元300激活时，电流流过另一个监控单元302的光发射器306。从而光发射器306这样地导通光接收器308，使得在该第一监控单元之后激活该另一个监控单元。该另一个监控单元302通过CAN总线218获得不同于该第一通信地址的第二通信地址。
[0042]正如在图3中通过CAN-总线218的虚线和第二通信网络310的虚线所示的，能够连接到其他监控单元，并分别依次将其激活和赋予地址。尽管监控单元300、302具有相同的硬件和软件，但是它们能够这样按预先确定的顺序被赋予地址，从而蓄电池控制单元312能够根据通信地址推导出各个监控单元或蓄电池模块的位置、情况和/或空间安排。
[0043]在图4中示出了一个具有多个监控单元402、404、405的蓄电池400，其中，监控单元402形成第一监控单元，而404、405形成其他监控单元。监控单元402、404、405分别具有开关兀件406,例如图3中的光电稱合器。开关兀件406能够像图3中的光电稱合器一样彼此连接。开关元件406与第二通信网络408相连接。第二通信网络408包括多个D型触发器409、410、411。D型触发器409形成第一延迟环节，而D型触发器410、411形成其他延迟环节。
[0044]D型触发器409、410、411分别具有数据输入端Dl、D2或D3、时钟输入端C和数据输出端Ql、Q2或Q3。时钟输入端C与产生时钟信号的蓄电池控制单元412相连接。
[0045]第一延迟环节或D型触发器409的数据输入端Dl与蓄电池控制单元412相连接。D型触发器409的数据输出端Ql与第一监控单元402的开关元件406和另一个延迟环节或D型触发器410的数据输入端D2相连接。另一个D型触发器410的数据输出端Q2与另一个监控单元404的开关元件406和与另一 D型触发器411的数据输入端D3相连接。另一个D型触发器411的数据输出端Q3与另一个监控单元405的开关元件406相连接。同样地，再一个监控单元能够与再一个D型触发器和第二通信网络408相连接。
[0046]下面将根据图5所示的脉冲图更详细地描述图4所示的蓄电池400以及特别地，第二通信网络408的工作原理。
[0047]图5示出了蓄电池控制单元412和D型触发器409、410、411之间的多个信号的变化过程。蓄电池控制单元412在D型触发器409、410、411的时钟输入端Cl上输出一个交替变化的时钟信号C。例如D型触发器409、410、411被构造为使其在存在时钟上升沿时将施加于数据输入端Dl、D2、D3的信号稳定地给到数据输出端Ql、Q2、Q3。
[0048]在图5的脉冲图中，蓄电池控制单元向第一 D型触发器409的数据输入端Dl发送激活信号A。在时钟信号C的第一个时钟上升沿500时，D型触发器409输出该激活信号A到数据输出端Ql上并通过开关元件406激活第一监控单元402。现在激活信号A还加在另一 D型触发器410的数据输入端D2上。在时钟信号C出现第二个时钟上升沿502时，另一个D型触发器输出激活信号A到数据输出端Q2上，并通过开关元件406激活另一监控单元404。同样地，其他监控单元也能够通过该第二通信网络依次分别激活。因此，该时钟控制的D型触发器使按预先确定的时间间隔进行激活成为可能。
[0049]在每次激活之后，该蓄电池控制单元412，例如，能够通过第一通信网络(未示出)赋予该监控单元唯一的地址。
[0050]图6示出了依据本发明的一个实施例的方法600。在第一步骤602中，从蓄电池控制单元通过第二通信网络向第一监控单元发送激活信号。在下一步骤604中，该第一监控单元被该激活信号激活。在下一步骤606中，该被激活的第一监控单元通过第一通信网络被赋予地址。在下一步骤608中，该被激活的监控单元向另一个监控单元发送激活信号。在下一步骤610中激活其他监控单元。在下一步骤612中，被激活的其他监控单元通过第一通信网络被赋予地址。紧接步骤612能够在步骤614中测试是否蓄电池的所有监控单元都被激活，并被赋予地址，当结果为是J时，在步骤616结束方法600，当结果为否N时，方法600重复步骤608、610和612。
【权利要求】
1.一种蓄电池(200 ;400)，其具有 -多个蓄电池模块(202)； -多个监控单元(204 ;300、302 ;402、404、405)，其中，监控单元(204 ;300、302 ;402、404.405)分别与蓄电池模块相连接(202)； -蓄电池控制单元(219 ;312、412);以及 -第一通信网络(218)，尤其是现场总线(218)，所述监控单元(204 ;300、302 ;402、404.405)与其连接并且所述第一通信网络被构造为从所述蓄电池控制单元(219;312;412)或者向其传输数据； 其特征在于， -第二通信网络(310 ;408)，其被构造为将用于激活一个监控单元(204 ;300、302 ;402.404.405)的激活信号(A)传输给另一个监控单元(204；302 ;404、405)。
2.根据权利要求1所述的蓄电池(200;400)，其中，第一监控单元(300 ；402)通过所述第二通信网络(310 ；408)与所述蓄电池控制单元(219 ；312 ；412)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池(200;400)，其具有多个开关元件(212;304;406)，其中，开关元件(212 ；304 ；406)分别与监控单元(204 ;300、302 ;402、404、405)和所述第二通信网络(310 ；408)相连接，其中，所述开关元件(212 ；304 ；406)被构造用来激活或去激活所述监控单元(204 ;300、302 ;402、404、405)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池(200;400)，其中，所述开关元件(212 ；304 ；406)包括分别具有光接收器(308)和对应的光发射器(306)的光电耦合器(212 ;304)，其中，光电耦合器(212 ；304)的所述光发射器(306)与监控单元(204 ;300、302 ;402、404、405)相连接并且同一光电耦合器(212 ；304)的所述光接收器(308)与另一个监控单元(204 ；302 ;404、405)相连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池(200;400)，其中，所述第二通信网络(310 ；408)包括多个时钟控制的延迟环节(409、410、411)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的蓄电池(200;400)，其中，所述延迟环节(409、410,411)分别包括至少一个数据输入端(D1、D2、D3)、时钟输入端(Cl)和数据输出端(Q1、Q2、Q3)，其中，延迟环节(409,410,411)的数据输出端(Q1、Q2、Q3)与所述开关元件(212 ；304 ；406)中的一个并且与另一个延迟环节(410、411)的数据输入端(D2、D3)相连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池(200;400)，其具有蓄电池管理系统。
8.—种机动车，其具有根据上述权利要求中任一项所述的蓄电池(200 ;400)，其中，所述蓄电池(200 ；400)与所述机动车的驱动系统相连接。
9.一种用于激活包括多个蓄电池模块的蓄电池的多个监控单元的方法￠00)，其中，监控单元分别与蓄电池模块相连接，蓄电池控制单元和第一通信网络，尤其是现场总线，所述监控单元与所述第一通信网络相连接并且借助于所述第一通信网络从所述蓄电池控制单元或者向其传输数据，所述方法具有以下步骤: a)通过第二通信网络从所述蓄电池控制单元向第一监控单元(602)发送激活信号； b)通过所述激活信号激活所述第一监控单元￠04)； c)通过所述第二通信网络从所述已激活的监控单元向另一个监控单元(608)发送激活信号；d)激活另一个监控单元￠10)；e)重复所述步骤c)(608)和d) ￠10)，直至多个监控单元已被激活。
10.根据权利要求9所述的方法￠00)，还具有以下步骤:在激活每个监控单元(606、612)之后通过所述第一通信网络指派通信地址。
【文档编号】H01M10/42GK104205477SQ201380016690
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月18日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】K·特尔曼, S·布茨曼 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社