包括实时时钟的电动车辆电池系统的制作方法

1.本发明涉及包括实时时钟rtc的电动车辆电池系统。本发明还涉及包括电动车辆电池系统的电动车辆。


背景技术：

2.近年来，已经使用电力作为用于运动源来开发用于货物和人的运输的车辆。这种电动车辆是使用可再充电的电池中存储的能量由电动机推动的汽车。电动车辆可以由电池单独供电，或者可以是例如由汽油发电机供电的混合车辆的形式。此外，车辆可以包括电动机和传统的内燃机的组合。总的来说，电动车辆电池evb或者牵引电池是用于对电池电动车辆bev的推进供电的电池。电动车辆电池不同于启动、照明和点火电池，因为它们设计用于在持续的时间段给出电力。可再充电的或者二次电池不同于一次电池在于它可以被重复地充电和放电，而后者仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量的可再充电的电池用作小的电子装置(比如，蜂窝电话、笔记本计算机和录像摄像机)的电源，而高容量的可再充电的电池用作用于混合车辆等的电源。
3.总的来说，可再充电的电池包括包含正电极、负电极以及介于正电极和负电极之间的分隔器的电极组件，容纳电极组件的外壳，和电连接到电极组件的电极端子。电解质溶液注入到外壳中，以使能经由正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应的电池充电和放电。外壳的形状，例如圆柱形或者矩形，取决于电池的意向用途。经由锂离子电池的在膝上型电脑和消费电子设备中的使用而广泛地已知的锂离子(和类似的锂聚合物)电池在开发中占据最近的电动车辆组中的主导地位。
4.可再充电的电池可以用作由串联和/或并联耦接的多个单元电池单体(unit battery cell)形成的电池模块，从而具体地为混合车辆的电机驱动提供高能量密度。也就是，取决于需要的功率量且为了实现高功率的可再充电电池通过互连多个单元电池单体的电极端子来形成电池模块。
5.电池模块可以以块设计或者以模块化设计构造。在块设计中，每个电池耦合到公共的电流集电器结构和公共的电池管理系统，且其单元布置在壳体中。在模块化设计中，连接多个电池单体以形成子模块，且连接几个子模块以形成电池模块。在汽车应用中，电池系统通常由串联连接的多个电池模块组成以用于提供期望电压。其中，电池模块可以包括具有多个堆叠的电池单体的子模块，每个堆叠包括串联连接的、多个并联单体(xpys)或者并联连接的、多个串联单体(xsyp)。
6.电池包是任意数目的(优选地相同的)电池模块的集合。它们可以串联、并联或者以两者的混合来配置以传送期望的电压、容量或者功率密度。电池包的组件包括各个电池模块和提供它们之间的导电性的互连。
7.为满足连接到电池系统的各种电消耗装置的动态功率要求，电池功率输出和充电的静态控制是不足的。因此，需要电消耗装置的电池系统和控制器之间的信息的稳定交换。该信息包括电池系统实际充电状态、soc、潜在电性能、充电能力和内阻、以及实际的或者预
测的消耗装置的功率需求或者过剩。因此，电池系统通常包括电池系统管理器bsm，并进一步包括多个电池模块管理器bmm，bsm用于以系统级获得和处理这种信息，bmm作为系统的电池模块的一部分并以系统级获得和处理相关信息。特别地，bsm通常测量系统电压、系统电流、在系统壳体内部的不同位置的局部温度、以及活动(live)组件和系统外壳之间的绝缘电阻。另外，bmm通常测量各个的单体电压和电池模块的温度。
8.在异常操作状态的情况下，电池包通常应该从连接到电池包的端子的负载断开。因此，电池系统进一步包括在电池模块和电池系统端子之间电连接的电池断开单元bdu。因此，bdu是电池包和车辆的电系统之间的主要接口。bdu包括打开或者关闭电池包和电系统之间的高电流路径的机电开关。bdu向伴随电池模块的电池控制单元bcu提供反馈，比如电压和电流测量结果。bcu基于从bdu接收到的反馈使用低电流路径控制bdu中的开关。bdu的主要功能因此可以包括控制电池包和电系统之间的电流流动和电流感测。bdu可以进一步管理类似外部充电和预充电的附加功能。
9.关于bsm、其组成或者电消耗装置的各种控制和通信过程是时间相关的过程。监控和控制电池单体的充电例如可能需要充电状态的变化率的确定。另外，在电消耗装置的空闲时段，即，最小负载的时段中，必须在唤醒时段期间周期性地控制各种参数，例如电池电压和内阻，以避免例如由于各个单体的热逃逸(thermal runaway)或者短路导致的系统故障。为了提供例如用于唤醒的时标(time scale)，电池系统的电子控制设备，即bsm，包括实时时钟rtc。
10.rtc通常作为集成电路ic提供，且可以包括晶体振荡器或者可以使用用于导出时标的电力线频率。必须连续地激励rtc以保持跟踪运行时间，且rtc可以进一步包括易失性或者非易失性存储器以便保存比如日历日期的有关时间的信息。为了安全性原因，可以对主电源另外提供替代电源，例如锂钮扣单体电池或者电容器。
11.在现有技术的bev的电池系统中，12v/24v板网(board net)提供rtc。但是，如果存在该域的损失，则也存在时间的损失。此外，低下降调节器ldo频繁地用于向rtc供电，例如因为12v域具有从低伏特(大约3v)开始直到大于30v的负载突降电压的非常宽的输入范围。ldo是耗散功率以调节输出电压的有源的线性电压调节器。因此，ldo的功耗很高。这相对于电动车辆的延长的空闲时间是特别不利的。另外，商业ldo的购买成本很高。
12.因此，本发明的目的是提供用于电池系统的rtc的替代电源。由此，电源应该特别地在空闲时段期间减小电池系统的功耗，同时在电池系统和/或rtc的全部操作状态期间保证rtc的安全电源。另外，应该减小电池系统的生产成本。


技术实现要素：

13.通过本公开可以避免或者至少减少现有技术的一个或多个缺点。具体地，本公开涉及电动车辆电池系统，包括：
14.具有多个连接的可再充电电池单体的高电压系统hv系统；
15.具有低于hv系统的操作电压的操作电压的低电压系统lv系统，其中，lv系统向电池系统管理器bsm供应电力；和
16.配置用于向bsm提供系统时间的实时时钟rtc。
17.rtc位于lv系统中，且至少临时地由hv系统供电。
18.电动车辆电池系统可以进一步包括电池断开单元bdu，其包括可切换地打开或者关闭hv系统的hv线的bdu继电器和适于控制bdu继电器的bdu控制单元，其中，bdu适于经由通信接口与bsm交换数据。
19.rtc集成到bdu中。
20.bdu可以包括包含bdu继电器的高电压部分hv部分和包含bdu控制单元的低电压部分lv部分；且rtc可以布置在bdu的lv部分上。lv部分和hv部分可以由电流隔离彼此分开。
21.bdu可以进一步包括配置用于从hv系统接收输入电压和在rtc电压供应单元的输出提供供应电压的rtc电压供应单元，其中，rtc电连接到且配置用于从rtc电压供应单元的输出汲取电力。
22.bdu控制单元可以配置为操作rtc电压供应单元以使得rtc电压供应单元在电池系统的第一操作状态下是非活动的且在电池系统的第二操作状态下是活动的。
23.rtc可以进一步配置用于从lv系统或rtc电压供应单元接收供应电压，其中，rtc在电池系统的第一操作状态下由lv系统供电，且在电池系统的第二操作状态下由hv系统供电。
24.rtc电压供应单元可以包括配置用于将来自hv系统的输入电压转换为供应电压的分压器。
25.根据本公开的另一方面，提供了包括上述电动车辆电池系统的电动车辆。
26.本发明的另外的方面在从属权利要求或者以下附图的描述中公开。
附图说明
27.通过参考附图详细描述示例性实施例，特征将对本领域普通技术人员变得明显，在附图中：
28.图1示意性地图示根据本公开的实施例的电池系统。
具体实施方式
29.现在将详细参考实施例,其示例示出在附图中。将参考附图描述示例性实施例的效果和特征及其实现方法。在附图中，同样的附图标记表示同样的原件，且省略冗余描述。但是，本发明可以具体表现为各种不同形式，且不应该被看作仅限于在这里图示的实施例。而是，提供这些实施例作为示例，以使得本公开将是全面的和完整的，且将向本领域技术人员完全传达本发明的方面和特征。
30.因此，可以不描述被认为对于本领域普通技术人员完全理解本发明的方面和特征不是必需的过程、要素和技术。在附图中，元件、层和区域的相对尺寸为了清楚可以被夸大。
31.如在此使用的，术语“和/或”包括关联列出的项中的一个或多个的任意和所有组合。另外，当描述本发明的实施例时的“可以”的使用是指“本发明的一个或多个实施例”。在下面的本发明的实施例的描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。
32.将理解，虽然术语“第一”和“第二”可以用于描述各种元件，这些元件不应该由这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如在此使用的，术语
“
和/或”包括关联列出的项中的一个或多个的任意和所有组合。比如“至少一个”的表达当在元件列表之前时修改整个元件列表而不修改列表的单个元件。
33.如在此使用的，术语“实质上”、“关于”和类似术语用作近似的术语而不是程度的术语，且意在说明本领域普通技术人员会认识到的测量或者计算的值中的固有偏差。另外，如果术语“实质上”与可以使用数值表示的特征组合地使用，则术语“实质上”表示以该值为中心的值的+/
‑
5％的范围。
34.图1是图示根据实施例的电动车辆电池系统10的顶视图，为了易读性，电动车辆电池系统10被进一步称为电池系统10。要注意，图1意在提供本公开的电池系统10的更好的可理解性，特别是电池系统10的电池模块20、电池断开单元bdu 50和电池系统管理器bsm 100之间的电连接的更好的可理解性。电池系统10在电动车辆中使用。
35.电池系统10包括包含壳体14的电池包12。壳体14可以从几个部分组装，比如包括侧壁的底板和顶盖及外壳。壳体14用于容纳电池包12的各个组件。这些组件可以包括冷却系统的部分、检测电池包12的温度及其他操作状况的传感器、至少一个电池模块20和用于控制电池包12的操作状况的控制单元。为了简单的原因，以下描述限于对于本公开必要的电池包12的那些组件。
36.基本上，电池系统10包括高电压系统hv系统以及低电压系统lv系统。在hv系统中，存在高于lv系统中的电压的电压。具体地，hv系统包括作为电压源的电池模块20，和连接到电池模块20直到正和负系统端子16、17的电池包12的所有导电组件。包括电池包12的用于电动车辆的推进的电动机将连接到系统端子16、17。
37.hv系统包括作为高电压源的电池模块20。如图1的示例性实施例所示，电池模块20在堆叠方向堆叠的十个对准的电池单体22，它们的宽侧表面面向彼此。电池模块20的电池单体22以串联配置经由母排24彼此连接。因此，每个母排24彼此连接一个正单体端子26和一个负单体端子27。多个电池单体22通过正和负模块端子30和31之间的各自母排24互连。通常，用于电动车辆的电池包12包括多个电池模块，但是为了说明的目的，示例性实施例仅包括一个电池模块20。
38.电池模块20经由高电压线32、33与bdu 50连接。每个电池模块20可以进一步包括电池模块管理器bmm 70，其用于获得和处理电池单体22的比如单体电压(未示出的电压测量装置)和单体温度(例如经由温度传感器72测量)的相关信息。bmm 70还可以允许平衡电池模块20的单个电池单体22的充电。
39.在异常操作状态的情况下，电池包12通常应该从连接到系统端子16、17的负载断开。因此，电池系统10进一步包括电连接在电池模块20和电池系统端子16、17之间的电池断开单元bdu 50。因此，bdu 50是电池包和车辆的电系统之间的主要接口。bdu 50包括bdu继电器52、53，具体地打开或者关闭电池包12和电系统之间的高电流路径的机电开关。这种机电开关可以包括固态继电器ssr。因此，电池模块20的高电压线32、33经由bdu继电器52、53可切换地与系统端子16、17连接。bdu 50可以进一步包括安全电路和类似熔丝的电子组件。在bdu 50及其组件的具体设计中，本领域技术人员可以使自身适应现有技术。
40.根据示例性实施例，bdu控制单元56经由低电流线与bdu继电器52、53连接从而允许bdu继电器52、53的开关。bdu控制单元56进一步经由低电流线与bmm 70连接。另外，bdu 50包括用于bdu控制单元56和bsm 100之间的同步通信的通信接口54(例如，串行外围接口，
spi)。
41.这里，bdu 50提供对伴随电池模块20的bmm 70的反馈，比如电压和电流测量结果。bmm 70可以经由bdu控制单元56控制bdu 50中的机电开关。bdu的主要功能因此可以包括控制电池包12和电系统之间的电流流动和电流感测。
42.bdu 50可以进一步管理可以由bsm 100启动的类似外部充电和预充电的附加功能。特别地，bdu控制单元56配置为接收指示电池系统10的故障和/或指示需要从负载断开电池模块20的信号。响应于接收这种信号，bdu控制单元56进一步配置为控制另外的bdu继电器52、53以从相应系统端子16、17(且因此从下游负载)断开电池模块20。换句话说，bdu 50电连接到并选择性地关闭模块端子30、31和电池系统端子16、17之间的电路径。因此，bdu 50可以适于经由通信接口54与bsm 100交换数据。例如，在bsm 100确定电池系统10中的异常状况的存在的情况下，bsm 100可以执行或者控制执行与确定的异常状况相关联的至少一个对策，例如发送警报信号到车辆的驾驶员。特别地，bsm 100可以发送断开信号到bdu控制单元56，其响应于接收到断开信号，控制bdu继电器52、53分别从模块端子30、31断开系统端子16、17。
43.lv系统用于向连接的低电压消耗装置组件供应电力，低电压消耗装置组件其中包括电动车辆的控制单元，比如bms 100以及bdu控制单元56。lv系统可以进一步包括电池系统10的信号线或者其他低电压布线。lv系统可以包括电动车辆的低电压电池120作为电压源，且可以是板载电源的一部分。
44.hv系统的bdu组件在bdu 50的hv部分60中提供，然而lv系统的bdu组件布置在lv部分62中。hv部分60和lv部分62由虚线64指示的电流隔离划分。通信接口54和bdu控制单元56是lv部分62的一部分。
45.关于bsm 100、其组成或者电消耗装置的各种控制和通信过程是时间相关的过程。监视和控制电池单体22的充电例如可能需要确定充电状态的变化率。另外，在电消耗装置的空闲时段，即最小负载的时段中，必须在唤醒时段期间周期性地控制各种参数，例如电池电压和内阻，以避免例如由于各个的电池单体22的热逃逸或者短路导致的系统故障。为了提供例如用于唤醒的时标，电池系统10的电子控制设备，即bsm 100，包括实时时钟rtc 80。这里，rtc 80提供在bdu 50的lv部分62上，且可以经由通信接口54发送时间信号到bsm 100，即，rtc 80向bsm 100提供系统时间。rtc 80可以是提供通用rtc的功能性的集成电路。因此，rtc 80集成到bdu 50中，其中，rtc 80布置在bdu 50的lv部分62上。rtc 80能够经由bdu 50的通信接口54向bsm 100提供系统时间。
46.进一步适配bdu 50以使得rtc 80至少由hv系统临时供电。因此，bdu 50可以包括配置用于从hv系统接收输入电压和在rtc电压供应单元82的输出提供供应电压的rtc电压供应单元82。rtc 80电连接到且配置用于从rtc电压供应单元82的输出汲取电力。由此，保证在电池系统10的全部操作状态期间rtc 80的安全电力供应。
47.具体地，bdu控制单元56可以配置为操作rtc电压供应单元82，以使得rtc电压供应单元82在电池系统10的第一操作状态下是非活动的且在电池系统10的第二操作状态下是活动的。rtc 80可以进一步配置用于从lv系统或rtc电压供应单元82接收供应电压，其中，rtc 80在电池系统10的第一操作状态下由lv系统供电，且在电池系统10的第二操作状态下由hv系统供电。rtc电压供应单元82可以包括配置用于将来自hv系统的输入电压转换为供
应电压的分压器。
48.换句话说，rtc电压供应单元82配置为在电池系统10的第一操作状态下是非活动的且在电池系统10的第二操作状态下是活动的。电池系统10的第二操作状态是电池系统10的空闲或者睡眠模式，然而第一操作状态是电池系统10的活动状态。电池系统10的活动状态可能在充电期间或者当向负载提供电力时发生。活动状态的特征在于lv系统向rtc 80提供供应电压。因此，rtc 80能够在第一操作状态下例如经由bsm 100汲取电力。
49.在第二操作状态下，rtc 80可以经由rtc电压供应单元82从hv系统汲取电力。因此，即使没有rtc 80的电源电路中的活动切换，也可以在两个操作状态下满足rtc 80的电力需求。当电池系统10返回到第一操作状态时，rtc 80将能够向bsm 100提供连续的系统时间。
50.为了将hv系统的输入电压适配为作为按照rtc 80的电力需求的下限值的供应电压，rtc电压供应单元82可以包括分压器(图中未示出)。这种分压器可以配置用于将来自模块端子30、31的输入电压转换为rtc 80的供应电压。例如，无源元件可以用于适配rtc电压供应单元82的输出输入电压。具体地，欧姆电阻和/或二极管可以用于降低来自电池模块20的输入电压。由于由rtc 80汲取的小电流，在这些无源元件上的电压降可以设置为最小。
51.rtc 80在第一操作状态下从电池系统10的lv系统汲取电力，且在第二操作状态期间经由rtc电压供应单元82从hv系统汲取电力。因此，可以在两个操作状态下满足rtc 80的电力需求。
52.在这里描述的根据本发明的实施例的电子或者电装置和/或任何其他相关装置或者组件可以利用任何适当的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件或者软件、固件和硬件的组合实现。另外，这些装置的各种组件可以在柔性印制电路膜、带载封装(tcp)、印刷电路板(pcb)上实现，或者在一个衬底上形成。在这里描述的电连接或者互连可以由例如pcb或者另一种电路载体上的电线或者导电元件实现。导电元件可以包括金属化，例如表面金属化和/或管脚，和/或可以包括导电聚合物或者陶瓷。另外，可以经由无线连接，例如使用电磁辐射和/或光，来发送电能。
53.另外，这些装置的各种组件可以是在执行计算机程序指令和与其它系统组件互动以执行在这里描述的各种功能的一个或多个计算装置中的一个或多个处理器上运行的进程或者线程。在可以使用标准存储器装置(例如，随机存取存储器(ram))的计算装置中实现的存储器中存储计算机程序指令。计算机程序指令也可以存储在其它非瞬时计算机可读介质，例如cd
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rom、闪存驱动器等中。
54.此外，本领域技术人员应该认识到各种计算装置的功能可以组合或者集成到单个计算装置中，或者特定的计算装置的功能可以在一个或多个其它计算装置上分布，而不脱离本发明的示例性实施例的范围。