具有多个电池组电池的电池组的电池组管理系统和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于具有多个串联的电池组电池(Batteriezelle)的电池组的电池组管理系统，其中该电池组管理系统具有电池组控制设备、多个可用来分别测量一个或者多个电池组电池的电压的低压测量装置以及下列部件中的至少一个:一个或者多个用于在多个或者所有电池组电池上的电压的高压测量装置、至少一个可用来测量电池组的或者经过电池组的电流的电流测量装置和至少一个包括高压测量装置和电流测量装置的测量模块。本发明进一步涉及一种电池组和一种用于借助于多个低压测量装置来测量各个电池组电池或者多个电池组电池的群组的多个低电压和用于利用高压测量装置来测量多个或者所有电池组电池的高电压的方法。在没有其它措施的情况下，高电压利用低压测量装置不再是可测量的。这里，如下电压被称作高电压:所述电压超过一个或者数个串联的电池组电池的电压；按照通行的、一般的限定，这为超过60V的直流电压和超过25V的交流电压。该概念在电动车辆的领域是常用的。较小的电压在本专利申请中被称作低电压。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，例如在用于电动车辆和混合动力车辆、尤其是用于与锂离子电池一起使用的电池组管理系统中，除了低电压(如比方说单个电池电压(Einzelzellenspannung))以外还有其它的系统电压(通常高电压)、诸如一多个或者所有电池组电池的高电压，
一中间电路电压，
一充电设备的车载电网电压，
-低压一高压DC/DC转换器的系统电压，
被测量并且被微处理器系统监控。来自电池组或被连接到其上的系统的高压部分的电压可以通过电池组控制设备的高压部分被测量，并且相对应的测量数据可以隔离地或电流(galvanisch)分开地通过数字总线被传输到电池组控制设备的低压部分上。各个电池组电池的单个电池电压或者其它的测量量(如比方说单个电池或者其控制电子装置的温度)由独立的电池量测量装置测量，并且相对应的测量数据被传送给电池组控制设备。在现有技术中，通常通过隔离的或电流分开的低压接口进行该传送。
[0003 ] 电池组控制设备通常监控每个单个电池的电池电压、电池组的总电压和流经电池组电池的串联电路的电流。电池组控制设备和监控装置构成的总系统被称作电池组管理系统。测量所分配的电池的电压的特定集成电路(ICs)通常被用于电池电压测量。这种1C可以针对每个电池被设置，然而通常利用一个1C测量多个电池的电池电压，例如每个1C测量6到16个之间的电池的电池电压。因此可以节省用于1C的成本。所测量的电压值被数字化并且通过特定的总线系统(其中电压测量装置通过接口彼此连接成链并且构成该总线系统的部分)被传输到数据的接收器。这种总线系统一般被称作“菊花链(Daisy-Chain)”。该总线不只在一个或者多个1C的内部伸展(verlaufen)。
[0004]在许多情况下，对于测量经过电池组电池的串联电路的电流来说，只有电流传感器是必要的，因为该电流本来就以相同的强度流经所有电池，除非是这些电池在多条支路中彼此并联。接着也可以设置多个电流传感器。根据现有技术，这些电流传感器通过其它接口或其它总线被连接到电流值的接收器上。
[0005]因而，在电池组监控系统(其中电池电压值和电流值由同一接收器(比方说电池组控制设备)处理)中，针对电池组控制设备要设置两个不同的接口。对于测量高电压来说，不是另一电压传感器和因此到其数据的接收器(比方说电池组控制设备)的第三接口是必要的，就是该高电压直接由接收器(比方说电池组控制设备)测量。现有技术的星座使尽可能同时地扫描电池电压值、高电压值和(如果必要)扫描电流值的同步变得困难。例如，W 02013/007617公开了用于电压测量装置的两条不同的支路的两条单独的总线。
[0006]在图1中简化地示出了根据现有技术的电池组管理系统的体系架构。由彼此串联的电池组电池(例如直至120块)组成的电池组支路被模块化的电池测量模块监控，所述模块化的电池测量模块分别包括低压测量装置。这些测量模块测量每个单个电池的电压并且检测电池组电池和/或其所分配的电子装置的温度。测量值通过共同的总线被传送给电池组控制设备。根据现有技术，总线接口的拓扑按菊花链原理被实施。处于电池测量模块的链的末端的电池测量模块直接地(也就是说不通过其它的电池测量模块地)与电池组控制设备相连。其它的电池测量模块利用链分别与其前者相连(串联原理)。由于在其串联电路之内的各个电池组电池之间的电压偏差(3口&1111111^8￥6^&〖2)，进行必需的电平转换(Pegelumsetzung)的特定的开关电路被集成在每个电池测量模块中。
[0007]为了测量系统电压，在电池组控制设备中设置有具有用于高压信号的接口的电路部分。具有高压电位的信号被变换为可继续处理的低压信号，被过滤并且紧接着被转变为数字信号。该数字信号通过分开装置(Trenneinrichtung)(例如电容式、电感式或者光学地)被电流分开，并且被传输给电池组控制设备的低压部分而且在那里被处理。
[0008]总共得出多个到电池组控制设备的接口，所述多个接口是必要的，以便检测所有必需的系统量。附加地，在时间同步地检测所有的用于算术继续处理的系统量的情况下形成可观的花费。
[0009]根据现有技术，使用微控制器的模数转换器(Analog-Digital-Wandler)也是公知的，所述微控制器的模数转换器是电池组控制设备或者其部分，以便测量电池组电池或者整个电池组的电压或者电流。US 2006/0170389例如公开了为了测量电池组电池的多个电压而采用具有多路复用器的A/D转换器。US 2013/0175976公开了将CAN总线与电池组控制系统电隔呙或电流分开。
[0010]到目前为止已经必要的是，对于每次可用来确定电池组的所有电池组电池的状态的测量来说都将多个信号通过多个不同的总线系统发送到相对应的测量装置。为此，具有不同的协议的多个不同的指令是必要的，这意味着在实施中的增加的花费以及在实施中的增加的计算花费。这在同等程度上也适用于将测量信号从测量装置传输到电池组控制设备的指令。
【发明内容】
[0011]本发明的主题是一种电池组管理系统，所述电池组管理系统具有信号传输装置，所述信号传输装置可以将信号(例如测量信号和控制信号)不仅从低压测量装置，而且从高压测量装置和/或用于测量流经电池组的电流的电流测量装置和/或具有高压测量装置和低压测量装置的测量模块传输到电池组控制设备。
[0012]因此，对于所述测量外围设备(Messperipherie)来说，只有唯一的在电池组控制设备上的接口还是必要的。相对应地可能的是，在所有被连接的测量系统中利用只一个共同的触发信号激活在所有测量装置中的测量。只有如下软件协议是必要的:利用所述软件协议可以发送触发信号或询问测量装置的测量数据并且传输所述测量数据。也可以询问单个被连接的测量系统的测量数据。电池组控制设备的指令(例如通过如按照现有技术的同步命令)的同步不再是必要的。只要所提到的部件在电池组管理系统中存在，它们就具有到信号传输装置的功能兼容的接口。
[0013]从属权利要求表明了本发明的优选的扩展方案。
[0014]在电池组管理系统的优选的实施形式中，信号传输装置被实施为多个测量装置的串联电路，这可以被称作菊花链总线。在此，往返于电池组控制设备的数据穿过至少一个测量装置，并且被转发到相邻的测量装置。多个低压测量装置和(多个)高压测量装置尤其是被连接到同一总线。优选地，所有测量装置都通过唯一的总线彼此地并且与电池组控制设备相连。因为只有一条总线是必要的，所以测量装置的铺设电缆花费(Verkabelungsaufwand)整体减少。此外，还得到被改善的可缩放性，而不在接口上形成更多花费(Mehraufwand)。其它的测量装置例如可以简单地被连接到总线或该总线被扩展了串联电路的其它环节(Glied)。有利地，电池组控制设备的电流分开继续被简化，因为将电池组控制设备