用于對(duì)電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)和具有這樣的電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于對(duì)能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)（1），該電池管理系統(tǒng)包括控制儀單元（2）、用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元（4）、多個(gè)分別有待分配給至少一個(gè)電池單池的單池監(jiān)控單元（3、5）以及用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，其中所述電池管理系統(tǒng)（1）被構(gòu)造部分地用于在高電壓電位上運(yùn)行并且部分地用于在低電壓電位上運(yùn)行。在此根據(jù)主從原理在利用所述通信系統(tǒng)的情況下傳輸來自所述單池監(jiān)控單元（3、5）的數(shù)據(jù)，其中所述單池監(jiān)控單元之一是主?單池監(jiān)控單元（5），該主?單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行，并且其中其他的單池監(jiān)控單元是從?單池監(jiān)控單元（3），所述從?單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行。此外，本發(fā)明涉及一種具有能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池以及按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)（1）的電池系統(tǒng)。
【專利說明】
用于對(duì)電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)和具有這樣的電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括控制儀單元、用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元、多個(gè)分別有待分配給至少一個(gè)電池單池的單池監(jiān)控單元以及用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，其中所述電池管理系統(tǒng)被構(gòu)造部分地用于在高電壓電位上運(yùn)行并且部分地用于在低電壓電位上運(yùn)行。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種具有能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池和用于對(duì)所述電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]開頭所提到的電池管理系統(tǒng)用在電池系統(tǒng)中一所述電池系統(tǒng)包括帶有多個(gè)彼此電連接的電池單池、尤其是能夠再充電的鋰離子單池的電池一尤其是用于對(duì)所述電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。電池系統(tǒng)的電池的運(yùn)行在此尤其包括電池的放電過程，也就是尤其這樣的具有相應(yīng)的電負(fù)載的電池的利用以及電池的充電過程、也就是電池的再充電。所述電池管理系統(tǒng)在此一般來說在考慮到向所述電池提出的安全要求、功率要求和/或使用壽命要求的情況下保證可靠的運(yùn)行。
[0004]對(duì)于迄今所熟知的電池管理系統(tǒng)來說，由多個(gè)單池監(jiān)控單元、所謂的電池監(jiān)測(cè)電路(CSCs)作為測(cè)量值尤其檢測(cè)所述電池單池的單池電壓，并且通過通信總線將其傳輸給中心的控制儀單元、所謂的電池控制單元(B⑶)。從公開文獻(xiàn)WO 2008/055505 Al中并且從公開文獻(xiàn)US 2010/0052428 Al中例如公開了用于對(duì)電池單池進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，其中為了傳輸為電池的電池單池分配的單元的數(shù)據(jù)而利用主從-架構(gòu)。用于傳輸電池管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的主從-架構(gòu)此外從公開文獻(xiàn)WO 2012/165771 A2、US 2008/0086247 Al和US 2012/0235483 Al中得到了公開。
[0005]此外，對(duì)于電池管理系統(tǒng)來說，可以將由電流傳感器測(cè)量的電流作為另外的測(cè)量值來傳輸給所述控制儀單元。所述控制儀單元通過對(duì)于所述測(cè)量值的分析來確定電池性能、例如尤其各個(gè)電池單池的、也被稱為State of Charge(充電狀態(tài))(S0C)的充電狀態(tài)以及各個(gè)電池單池的、也被稱為State of Health(健康狀態(tài))(S0H)的老化。在此，從公開文獻(xiàn)US 6,4041,66 BI中公開了一種用于對(duì)電池單池進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，其中單池監(jiān)控單元通過利用所謂的菊花鏈原理(Daisy-Chain-Prinz ip)的通信連接與中心的電池監(jiān)控單元相連接，以便所述中心的電池監(jiān)控單元可以從所述單池監(jiān)控單元處接收數(shù)據(jù)并且對(duì)其進(jìn)行分析。將所述菊花鏈原理用于傳輸電池管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)這種做法此外從公開文獻(xiàn)US 2011/0049977 Al中得到了公開。
[0006]除此以外，電池管理系統(tǒng)一般來說包括電流接觸器，所述電流接觸器用作用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離(gavanische Trennung)的隔離單元。這樣的隔離單元在此一般來說被構(gòu)造用于接收作為數(shù)據(jù)的操控信號(hào)，其中對(duì)于所述隔離單元的操控同樣通過所述控制儀單元來進(jìn)行。尤其為所述控制儀單元分配了以下任務(wù):當(dāng)所檢測(cè)到的測(cè)量值暗示這些電池單池的安全臨界的(sicherhei tskrit isch)狀態(tài)時(shí)，通過對(duì)于所述隔離單元的操控在電方面將各個(gè)電池單池或者一組電池單池、例如尤其是各個(gè)電池模塊與所述電池的極接頭隔離。這樣的與電池單池的隔離具有很大的意義，以便不僅防止所述電池的較大的損壞而且防止由所述電池來饋電的電負(fù)載機(jī)構(gòu)或者對(duì)所述電池再充電的充電機(jī)構(gòu)的較大的損壞。
[0007]尤其在這個(gè)與安全相關(guān)的方面看來，在此存在著持續(xù)的、進(jìn)一步改進(jìn)電池管理系統(tǒng)和具有電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)的要求。除此以外，存在著降低與電池管理系統(tǒng)的制造相關(guān)的成本的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)尤其能夠成本更為低廉地制造。此外，所建議的電池管理系統(tǒng)在此應(yīng)該有利地在電池系統(tǒng)的安全運(yùn)行方面進(jìn)一步得到改進(jìn)。
[0009]為了解決所述任務(wù)而建議一種用于對(duì)能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括控制儀單元、用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元、多個(gè)分別有待分配給至少一個(gè)電池單池的單池監(jiān)控單元以及用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，其中所述電池管理系統(tǒng)被構(gòu)造部分地用于在高電壓電位上運(yùn)行并且部分地用于在低電壓電位上運(yùn)行，并且根據(jù)主從原理在利用所述通信系統(tǒng)的情況下傳輸所述單池監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)，其中所述單池監(jiān)控單元之一是主-單池監(jiān)控單元，該主-單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且在低電壓電位上運(yùn)行，并且其中其他的單池監(jiān)控單元是從-單池監(jiān)控單元，所述從-單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行。尤其在此規(guī)定，所述從-單池監(jiān)控單元僅僅被構(gòu)造用于在高電壓電位(HV電位;HV:High Voltage(高電壓))上運(yùn)行，也就是說，所述從-單池監(jiān)控單元在此不是被構(gòu)造用于在低電壓電位(LV電位;LV:Low Voltage(低電壓))上運(yùn)行。此外尤其規(guī)定，在將所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)用于對(duì)電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)時(shí)，所述電池管理系統(tǒng)的、被構(gòu)造用于在高電壓電位(HV電位;HV:High Voltage(高電壓))上運(yùn)行的單元和/或組件、尤其是所述單池監(jiān)控單元至少部分地直接與所述電池的電池單池相連接，這些單池監(jiān)控單元因此被連接到所述電池系統(tǒng)的高電壓電路上。尤其為了對(duì)所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)或者所述電池管理系統(tǒng)的類似的內(nèi)部的運(yùn)行過程進(jìn)行分析，所述電池管理系統(tǒng)此外具有低電壓電路，其中所述電池管理系統(tǒng)的、被構(gòu)造用于在低電壓電位(LV電位;LV:Low Voltage(低電壓))上運(yùn)行的單元和/或組件、尤其是所述控制儀單元被連接在所述低電壓電路上。
[0010]通過所述從-單池監(jiān)控單元按照本發(fā)明僅僅被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行這種方式，對(duì)于所述單池監(jiān)控單元來說取消了所述單池監(jiān)控單元上面的、為了通過私有的通信總線進(jìn)行通信而有必要的低電壓區(qū)域，從而使得所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)能夠有利地成本更為低廉地制造。高電壓電位與低電壓電位之間的隔離有利地在所述主-單池監(jiān)控單元上面進(jìn)行。
[0011]所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的控制儀單元優(yōu)選是中心的控制儀單元，尤其是所謂的電池控制單元(B⑶)。所述控制儀單元有利地被構(gòu)造用于執(zhí)行中心的控制任務(wù)。尤其規(guī)定，所述控制儀單元為了接收數(shù)據(jù)而通過所述通信系統(tǒng)與所述單池監(jiān)控單元相連接并且接收由所述單池監(jiān)控單元所檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)、尤其是電池單池電壓和/或電池單池溫度。所接收的數(shù)據(jù)在此由所述控制儀單元來分析。在所述分析的范圍內(nèi)，尤其確定電池性能、例如電池單池的充電狀態(tài)(SOC;SOC:State of Charge(充電狀態(tài)))和/或電池單池的老化狀態(tài)(SOH;SOH:State of Health(健康狀態(tài)))。除此以外，所述控制儀單元優(yōu)選具有通信接口，通過該通信接口所述控制儀單元可以與其他不屬于所述電池管理系統(tǒng)的控制儀單元進(jìn)行通信。因?yàn)橛绕湟?guī)定將所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)用在那些在混合動(dòng)力車、插電式混合動(dòng)力車或者電動(dòng)機(jī)中使用的電池系統(tǒng)中，所以所述電池管理系統(tǒng)的控制儀單元優(yōu)選被構(gòu)造用于通過所述通信接口與車輛控制儀、例如所謂的車輛控制單元(VCU)進(jìn)行通信。VCU在此承擔(dān)一些功能，例如對(duì)于驅(qū)動(dòng)力矩的協(xié)調(diào)、充電管理和/或關(guān)于車輛狀態(tài)例如“充電”、“行駛”或者“停車”的控制。
[0012]所述按本發(fā)明的電池系統(tǒng)的單池監(jiān)控單元優(yōu)選被構(gòu)造用于承擔(dān)感測(cè)的功能，例如尤其是被構(gòu)造用于檢測(cè)電池單池電壓和/或電池單池溫度，并且/或者被構(gòu)造用于在所述電池單池之間實(shí)施充電平衡。尤其規(guī)定，所述單池監(jiān)控單元是所謂的電池監(jiān)測(cè)電路(CSC)，其中所述作為從設(shè)備(Slave)來構(gòu)成的單池監(jiān)控單元(從-單池監(jiān)控單元)按照本發(fā)明沒有低電壓區(qū)域，而所述作為主設(shè)備(Master)來構(gòu)成的單池監(jiān)控單元(主-單池監(jiān)控單元)按照本發(fā)明不僅具有高電壓區(qū)域而且具有低電壓區(qū)域。此外尤其規(guī)定，在使用所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)時(shí)一個(gè)單池監(jiān)控單元分別剛好被分配給一個(gè)電池單池。優(yōu)選在所述單池監(jiān)控單元上面不對(duì)所檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析。
[0013]按照所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的一種有利的設(shè)計(jì)方案來規(guī)定，所述主-單池監(jiān)控單元為了傳輸數(shù)據(jù)而通過所述通信系統(tǒng)與所述控制儀單元相連接并且與所述隔離單元相連接。因此，有利地尤其由所述單池監(jiān)控單元檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)、例如尤其是電池單池電壓和/或電池單池溫度能夠傳輸給所述控制儀單元和所述隔離單元，所述控制儀單元和所述隔離單元有利地被構(gòu)造用于對(duì)所接收的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析并且/或者將其用作調(diào)節(jié)量。
[0014]所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，所述控制儀單元被構(gòu)造用于在低電壓電位上運(yùn)行，其中所述主-單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元之間的數(shù)據(jù)的傳輸在低電壓電位上進(jìn)行。尤其在此規(guī)定，所述控制儀單元僅僅被構(gòu)造用于在低電壓電位上運(yùn)行，也就是說，所述控制儀單元在此不是被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行。僅僅可在低電壓電位上運(yùn)行的控制儀單元有利地能夠成本更為低廉地制造。
[0015]在所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，所述隔離單元具有用于對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的分析單元。此外，所述隔離單元有利地被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行，其中所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元之間的數(shù)據(jù)的傳輸在高電壓電位上并且/或者在低電壓電位上進(jìn)行。通過所述分析單元，所述隔離單元有利地在一定程度上配備有“智能”，由此所述隔離單元的功能相對(duì)于所熟知的隔離單元、尤其是相對(duì)于簡單的電流接觸器有利地得到擴(kuò)展。優(yōu)選所述用于對(duì)開關(guān)元件、尤其是電流接觸器進(jìn)行操控的隔離單元此外具有控制機(jī)構(gòu)，其中將由所述分析單元分析的數(shù)據(jù)有利地傳輸給所述隔離單元的控制機(jī)構(gòu)。所述隔離單元通過所述分析單元和/或所述控制機(jī)構(gòu)有利地被構(gòu)造用于承擔(dān)與安全相關(guān)的功能，尤其觸發(fā)所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)的直流隔離，而有利地不需要通過所述控制儀單元對(duì)所述隔離單元進(jìn)行相應(yīng)的操控。在這種有利的設(shè)計(jì)方案中，所述控制儀單元有利地沒有承擔(dān)與“所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)的直流隔離”相關(guān)聯(lián)的安全功能。
[0016]按照所述電池管理系統(tǒng)的這種設(shè)計(jì)方案的一種有利的改進(jìn)方案，所述電池管理系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于對(duì)所述電池的電流進(jìn)行測(cè)量的電流測(cè)量機(jī)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)電流測(cè)量機(jī)構(gòu)優(yōu)選通過所述高電壓電路與所述隔離單元相連接，并且所述隔離單元被構(gòu)造用于作為數(shù)據(jù)來接收由所述至少一個(gè)電流測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量的電流。尤其所述電流測(cè)量機(jī)構(gòu)可以是分流器。有利地，由所述隔離單元的分析單元在危急的運(yùn)行狀態(tài)的存在方面對(duì)由所述至少一個(gè)電流測(cè)量機(jī)構(gòu)所測(cè)量的電流進(jìn)行分析。優(yōu)選所述電流測(cè)量機(jī)構(gòu)通過LIN總線(LIN:Local Interconnect Network(局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)))與所述隔離單元相連接。由此，有利地縮短關(guān)于所檢測(cè)到的電流測(cè)量值的安全臨界的路徑，由此有利地提高了系統(tǒng)安全性。
[0017]所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，所述通信系統(tǒng)包括第一通信線路和/或第二通信線路，其中所述第一通信線路和/或所述第二通信線路為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述單池監(jiān)控單元彼此連接起來，其中所述主-單池監(jiān)控單元與所述從-單池監(jiān)控單元之間的數(shù)據(jù)的傳輸根據(jù)所述菊花鏈原理在高電壓電位上進(jìn)行。優(yōu)選所述通信系統(tǒng)具有第一通信線路和第二通信線路，其中所述第二通信線路構(gòu)造為相對(duì)于所述第一通信線路冗余的報(bào)警線路。尤其規(guī)定，所述從-單池監(jiān)控單元與所述主-單池監(jiān)控單元借助于具有專利的協(xié)議的菊花鏈方案尤其在利用SPI(SPI: Serial Peripheral Interface(串行外設(shè)口))的情況下進(jìn)行通信。
[0018]此外，所述第一通信線路為了傳輸數(shù)據(jù)而有利地將所述主-單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元連接起來，其中根據(jù)所述菊花鏈原理尤其在低電壓電位上將來自所述從-單池監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)通過所述主-單池監(jiān)控單元來傳輸給所述控制儀單元。優(yōu)選所述從-單池監(jiān)控單元通過所述主-單池監(jiān)控單元按照菊花鏈原理、尤其是在利用SPI的情況下與所述控制儀單元進(jìn)行通信。優(yōu)選所述控制儀單元在此包括菊花鏈-主機(jī)-計(jì)算機(jī)構(gòu)。
[0019]有利地，所述第二通信線路為了傳輸數(shù)據(jù)此外將所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元連接起來，其中根據(jù)所述菊花鏈原理尤其在低電壓電位上將來自所述從-單池監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)通過所述主-單池監(jiān)控單元來傳輸給所述隔離單元。尤其規(guī)定，所有與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)都通過所述優(yōu)選作為報(bào)警線路來構(gòu)成的第二通信線路相對(duì)于通過所述第一通信線路被傳輸給所述控制儀單元的數(shù)據(jù)冗余地傳輸給所述隔離單元。通過在所述單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元之間并且在所述單池監(jiān)控單元與所述隔離單元之間冗余地傳輸與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)這種方式(菊花鏈和報(bào)警線路)來有利地進(jìn)一步提高所述系統(tǒng)安全性并且能夠?qū)崿F(xiàn)ASIL-分解(ASIL:Automotive Safety Integrity Level(汽車安全完整性等級(jí))，參照ISO 26262)ο
[0020]根據(jù)所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種有利的設(shè)計(jì)方案，所述通信系統(tǒng)包括至少一條通信總線，所述通信總線為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元連接起來并且/或者將所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元連接起來。優(yōu)選所述主_單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元之間的數(shù)據(jù)的傳輸和/或所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元之間的數(shù)據(jù)的傳輸通過所述至少一條通信總線在低電壓電位上進(jìn)行。在這種設(shè)計(jì)方案中，優(yōu)選所述從-單池監(jiān)控單元不僅通過第一通信線路按照所述菊花鏈原理而且通過作為相對(duì)于所述第一通信線路冗余的報(bào)警線路來構(gòu)成的第二通信線路來與所述主-單池監(jiān)控單元進(jìn)行通信。所述主-單池監(jiān)控單元與所述控制儀單元之間的通信或者所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元之間的通信而后有利地通過所述通信總線、尤其是通過私有的總線、優(yōu)選通過CAN總線(CAN:ControIIer Area Network(控制器區(qū)域網(wǎng)路))來進(jìn)行。優(yōu)選所述主-單池監(jiān)控單元在此被構(gòu)造用于:將專利的菊花鏈協(xié)議轉(zhuǎn)化為一種用于通過所述通信總線來進(jìn)行傳輸?shù)膮f(xié)議、尤其是轉(zhuǎn)化為CAN協(xié)議。
[0021]尤其規(guī)定，所有與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)都相對(duì)于通過所述通信總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸冗余地通過報(bào)警線路來傳輸，尤其是傳輸給所述隔離單元，其中所述報(bào)警線路有利地將所述主-單池監(jiān)控單元與所述隔離單元直接連接起來，并且由此可以由所述主-單池監(jiān)控單元尤其是通過對(duì)于所述隔離單元的開關(guān)元件、尤其是所述隔離單元的電流接觸器的操控來直接影響所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)的直流隔離。
[0022]所述通信系統(tǒng)有利地包括另一通信總線，其中所述控制儀單元為了傳輸數(shù)據(jù)而能夠通過所述另一通信總線與另一控制儀單元相連接。尤其規(guī)定，所述另一控制儀單元是車輛控制儀單元，尤其是車輛控制單元(V⑶)。所述控制儀單元由此有利地被構(gòu)造用于:將由所述單池監(jiān)控單元接收的數(shù)據(jù)通過所述另一通信總線來傳輸給被連接到所述通信總線上的另一控制儀單元。在此，通過所述另一通信總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)的傳輸優(yōu)選在低電壓電位上進(jìn)行。
[0023]按照所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種有利的設(shè)計(jì)方案，所述控制儀單元為了傳輸數(shù)據(jù)而通過所述通信系統(tǒng)、優(yōu)選通過所述通信系統(tǒng)的通信總線尤其是在低電壓電位上與所述隔離單元相連接。優(yōu)選所述電池管理系統(tǒng)在此以下述方式構(gòu)造:使得可以將來自所述單池監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)通過所述控制儀單元來傳輸給所述隔離單元，并且可以相對(duì)于此冗余地通過報(bào)警線路至少將與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)直接由所述從-單池監(jiān)控單元通過所述主-單池監(jiān)控單元傳輸給所述隔離單元。
[0024]所述按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種有利的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，所述控制儀單元是車輛控制儀單元，該車輛控制儀單元被構(gòu)造用于執(zhí)行電池管理系統(tǒng)的中心的控制任務(wù)。尤其規(guī)定，所述控制儀單元是VCU，給該VCU擴(kuò)增了電池控制單元(BCU)的功能。所述車輛控制儀單元在此有利地被集成到所述電池管理系統(tǒng)中。在此尤其規(guī)定，所述車輛控制儀單元被構(gòu)造用于執(zhí)行所述電池管理系統(tǒng)的、不是與安全相關(guān)的或者不是安全臨界的功能，并且所述隔離單元被構(gòu)造用于:履行或者執(zhí)行與安全相關(guān)的或者安全臨界的功能，為此，所述隔離單元有利地具有分析單元和控制機(jī)構(gòu)、優(yōu)選是控制儀和控制器以及能夠操控的開關(guān)元件。
[0025]為了解決開頭所提到的任務(wù)，此外建議一種具有能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池以及用于對(duì)所述電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)，其中所述電池管理系統(tǒng)是按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)。在此尤其規(guī)定，所述電池管理系統(tǒng)的單池監(jiān)控單元相應(yīng)地剛好被分配給所述電池的一個(gè)電池單池。尤其規(guī)定，所述電池系統(tǒng)的電池單池在電方面被連接成電池模塊，其中所述電池模塊在電方面被連接成所述電池。此外，按照一種有利的設(shè)計(jì)變型方案來規(guī)定，具有多個(gè)電池模塊的電池系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)對(duì)于每個(gè)電池模塊來說都分別具有一個(gè)主-單池監(jiān)控單元。
【附圖說明】
[0026]結(jié)合在附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其他有利的細(xì)節(jié)、特征和設(shè)計(jì)方案細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)解釋。在此:
圖1在方框圖中示出了用于按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的一種實(shí)施例的簡化的圖示；
圖2在方框圖中示出了用于按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種實(shí)施例的簡化的圖示；
并且圖3在方框圖中示出了用于按本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的另一種實(shí)施例的簡化的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在圖1、圖2和圖3中分別作為方框圖示出了用于對(duì)能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)I。在圖1、圖2和圖3中示出的電池管理系統(tǒng)I在此分別包括一個(gè)控制儀單元2、多個(gè)單池監(jiān)控單元3、5(在附圖中分別出于更好的簡明的原因僅僅示出了三個(gè)單池監(jiān)控單元)、一個(gè)用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元4、一個(gè)通信系統(tǒng)和一個(gè)尤其可以作為分流器來實(shí)現(xiàn)的電流測(cè)量機(jī)構(gòu)6。尤其規(guī)定將在圖1、圖2和圖3中所示出的電池管理系統(tǒng)I用在那些在電動(dòng)車中使用的電池系統(tǒng)中。
[0028]按照主從原理在利用所述通信系統(tǒng)的情況下傳輸來自在附圖中示出的電池管理系統(tǒng)I的單池監(jiān)控單元3、5的數(shù)據(jù)。單池監(jiān)控單元5在此構(gòu)造為主設(shè)備，另一單池監(jiān)控單元3構(gòu)造為從設(shè)備。所述作為主設(shè)備來構(gòu)成的單池監(jiān)控單元5(主-單池監(jiān)控單元)有期限地向其他的單池監(jiān)控單元3(從-單池監(jiān)控單元)提供訪問權(quán)。所述主-單池監(jiān)控單元5因此通過對(duì)于隸屬于其的從-單池監(jiān)控單元3的查詢來確定通信頻次。從-單池監(jiān)控單元3優(yōu)選只有在所述主-單池監(jiān)控單元5對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)時(shí)才進(jìn)行應(yīng)答。
[0029]在圖1、圖2和圖3中分別示出的電池管理系統(tǒng)I的通信系統(tǒng)包括第一通信管路11和第二通信管路12，其中所述第一通信線路11和所述第二通信線路12為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述單池監(jiān)控單元3、5彼此連接起來，其中優(yōu)選根據(jù)菊花鏈原理在所述主-單池監(jiān)控單元5與所述從-單池監(jiān)控單元3之間傳輸數(shù)據(jù)。
[0030]如在圖1、圖2和圖3中通過不同的陰影線來標(biāo)明的那樣，所述電池管理系統(tǒng)I分別部分地被連接到高電壓電路上(從左下往右上的陰影線)并且部分地被連接到低電壓電路上(從左上往右下的陰影線)。所述電池管理系統(tǒng)I在此相應(yīng)地被構(gòu)造部分地用于在高電壓電位(HV電位，HV:High Voltage(高電壓))上運(yùn)行并且部分地用于在低電壓電位(LV電位，LV:Low Voltage(低電壓))上運(yùn)行。所述從-單池監(jiān)控單元3僅僅被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且不是被構(gòu)造用于在低電壓電位上運(yùn)行。所述主-單池監(jiān)控單元5被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行。在此，在所述主-單池監(jiān)控單元5上，在高電壓電位與低電壓電位之間進(jìn)行直流隔離。
[0031]用于將電池與在附圖中示出的電池管理系統(tǒng)I的負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元4相應(yīng)地包括一個(gè)分析單元(在附圖中沒有明確地示出)以及一個(gè)控制機(jī)構(gòu)(在附圖中沒有明確地示出)。所述隔離單元4的控制機(jī)構(gòu)在此被構(gòu)造用于對(duì)所述隔離單元4的開關(guān)元件(在附圖中未明確地示出)進(jìn)行操控，其中通過所述開關(guān)元件能夠?qū)㈦姵嘏c負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離。所述隔離單元4此外相應(yīng)地具有高電壓區(qū)域(從左下往右上的陰影線)和低電壓區(qū)域(從左上往右下的陰影線)，并且相應(yīng)地被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行。所述電池管理系統(tǒng)I的電流測(cè)量機(jī)構(gòu)6、尤其是分流器在所示出的實(shí)施例中相應(yīng)地通過通信連接9、優(yōu)選LIN總線直接與所述隔離單元4的高電壓區(qū)域相連接。由此有利地在用于測(cè)量電流的組件(電流測(cè)量機(jī)構(gòu)6)與所述隔離單元4之間實(shí)現(xiàn)直接的通信，由此經(jīng)過所述通信連接9的安全臨界的路徑比較短。此外，所述隔離單元4有利地被構(gòu)造用于:接收通過信號(hào)線7來發(fā)送的、作為數(shù)據(jù)的碰撞信號(hào)并且對(duì)其進(jìn)行分析，以便在需要時(shí)觸發(fā)所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)的直流隔離。此外，所述隔離單元4有利地被構(gòu)造用于對(duì)HV-連鎖-信號(hào)(HV:High Voltage(高電壓))進(jìn)行監(jiān)控，所述HV-連鎖-信號(hào)通過所述信號(hào)線8被提供給所述隔離單元4。
[0032]在圖1中所示出的實(shí)施例中，在所述單池監(jiān)控單元3、5與所述隔離單元4之間冗余地傳輸與安全相關(guān)的信息。為此，所述通信系統(tǒng)包括通信總線11’ ’，該通信總線構(gòu)造為CAN總線并且通過該通信總線在所述主-單池監(jiān)控單元5與所述控制儀單元2之間并且在所述主-單池監(jiān)控單元5與所述隔離單元4之間進(jìn)行所述通信。所述主-單池監(jiān)控單元5在此被構(gòu)造用于將專利的菊花鏈協(xié)議轉(zhuǎn)化為CAN協(xié)議。
[0033]將單池監(jiān)控單元3、5彼此連接起來的第二通信線路12在圖1中所示出的實(shí)施例中此外將所述主-單池監(jiān)控單元5與所述隔離單元4連接起來。數(shù)據(jù)的傳輸在此通過所述通信線路12按照所述菊花鏈原理在高電壓電位上進(jìn)行。所述主-單池監(jiān)控單元5與所述隔離單元4之間的通信線路12在此有利地構(gòu)造為報(bào)警線路。通過所述通信線路12，所述主-單池監(jiān)控單元5可以有利地直接地影響所述隔離單元4的開關(guān)元件控制。
[0034]在圖1中示出的電池管理系統(tǒng)I的通信系統(tǒng)此外具有另一通信總線14，通過該通信總線所述控制儀單元2與車輛控制儀單元10相連接，以用于交換數(shù)據(jù)。所述通信總線14在此優(yōu)選同樣是CAN總線。所述車輛控制儀單元10優(yōu)選是所謂的車輛控制單元(VCU)，該車輛控制單元尤其執(zhí)行一些功能，例如對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)力矩的協(xié)調(diào)、充電管理和/或關(guān)于車輛狀態(tài)例如充電、行駛、停車等等的控制。由所述控制儀單元2所接收的和/或所分析的數(shù)據(jù)在此可以通過所述通信總線14來傳輸給所述車輛控制儀單元10。
[0035]在圖2中所示出的、用于電池管理系統(tǒng)I的實(shí)施例中，所述通信系統(tǒng)包括第一通信線路11和第二通信線路12，其中所述第一通信線路11和所述第二通信線路12為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述單池監(jiān)控單元3、5彼此連接起來。此外，所述第一通信線路11’為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元5與所述控制儀單元2連接起來，其中根據(jù)菊花鏈原理優(yōu)選在使用串行外設(shè)口( SPI)的情況下將來自所述從-單池監(jiān)控單元3的數(shù)據(jù)通過所述主-單池監(jiān)控單元5來傳輸給所述控制儀單元2。所述第二通信線路12’此外為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元5與所述隔離單元4連接起來，其中數(shù)據(jù)的傳輸通過所述第二通信線路12’在低電壓電位上進(jìn)行。所有與安全相關(guān)的數(shù)據(jù)都有利地通過所述第二通信線路12 ’相對(duì)于通過所述第一通信線路11’傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來冗余地傳達(dá)。所述第二通信線路12 ’在此從所述從-單池監(jiān)控單元3經(jīng)過所述主-單池監(jiān)控單元5直接通往所述隔離單元4。通過這種方式，可以有利地直接由所述主-單池監(jiān)控單元5來影響對(duì)于所述隔離單元4的開關(guān)元件的控制。除此以外，由所述控制儀單元2所接收的數(shù)據(jù)可以通過另一為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述控制儀單元2與所述隔離單元4連接起來的通信線路13來傳輸給所述隔離單元4。此外規(guī)定，在圖2中所示出的實(shí)施例中所述控制儀單元2可以將通過通信總線14所接收的和/或所分析的數(shù)據(jù)傳送給另一控制儀單元10。
[0036]在圖3中所示出的、用于電池管理系統(tǒng)I的實(shí)施例中，所述控制儀單元2是車輛控制儀單元，該車輛控制儀單元被集成到所述電池管理系統(tǒng)I中。尤其規(guī)定，所述控制儀單元2是車輛控制單元(V⑶)。所述控制儀單元2有利地被構(gòu)造用于執(zhí)行所述電池管理系統(tǒng)I的所有不是與安全相關(guān)的功能，例如確定充電狀態(tài)(SOC)并且/或者確定健康狀態(tài)(S0H)。在圖3中示出的實(shí)施例的隔離單元4在此被構(gòu)造用于執(zhí)行所述電池管理系統(tǒng)I的所有與安全相關(guān)的功能。為此，將由所述單池監(jiān)控單元3、5所檢測(cè)的運(yùn)行參數(shù)、尤其是電池單池電壓和/或電池單池溫度傳輸給所述控制儀單元2并且傳輸給所述隔離單元4。在此規(guī)定，按照所述菊花鏈原理進(jìn)行從所述從-單池監(jiān)控單元3到所述主-單池監(jiān)控單元5的傳輸。所述主-單池監(jiān)控單元5在此有利地包括菊花鏈主機(jī)(Daisy-Chain-Host)計(jì)算機(jī)。尤其規(guī)定，所述從-單池監(jiān)控單元3根據(jù)所述菊花鏈原理用專利的協(xié)議尤其是在利用SPI的情況下與所述主-單池監(jiān)控單元5進(jìn)行通信。
[0037]所述主-單池監(jiān)控單元5在圖3中所示出的實(shí)施例中為了傳輸數(shù)據(jù)而通過CAN總線11’’與所述控制儀單元2相連接。在所述主-單池監(jiān)控單元5上，在此將所述專利的菊花鏈協(xié)議轉(zhuǎn)化為所述CAN協(xié)議。除此以外，所述主-單池監(jiān)控單元5為了傳輸數(shù)據(jù)而通過所述第二通信線路12’直接與所述隔離單元4相連接。所述第二通信線路12’在此優(yōu)選構(gòu)造為報(bào)警線路。高電壓電位(第二通信線路12)與低電壓電位(第二通信線路12’)之間的第二通信線路12、12’的直流隔離在所述主-單池監(jiān)控單元5上進(jìn)行。所述通信線路12’由此可以直接被連接到所述隔離單元4的低電壓區(qū)域上。
[0038]此外，在圖3中所示出的實(shí)施例中，為了傳輸數(shù)據(jù)，通線總線15、優(yōu)選同樣是CAN總線將所述控制儀單元2與所述隔離單元4的低電壓區(qū)域連接起來。由主-單池監(jiān)控單元5傳輸給所述控制儀單元2的數(shù)據(jù)在此可以有利地由所述控制儀單元2來傳送給所述隔離單元4，從而能夠冗余地將來自所述主-單池監(jiān)控單元5的數(shù)據(jù)傳輸給所述隔離單元4。在通過所述通信總線15在此優(yōu)選按照CAN協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的過程中規(guī)定，將來自所述從-單池監(jiān)控單元3的數(shù)據(jù)根據(jù)所述菊花鏈原理通過所述主-單池監(jiān)控單元5來傳輸給所述隔離單元4。
[0039]在附圖中示出的并且結(jié)合這些附圖所解釋的實(shí)施例用于解釋本發(fā)明并且對(duì)本發(fā)明來說沒有限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于對(duì)能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)(1)，該電池管理系統(tǒng)包括控制儀單元(2)、用于將所述電池與負(fù)載機(jī)構(gòu)和/或充電機(jī)構(gòu)直流隔離的隔離單元(4)、多個(gè)分別有待分配給至少一個(gè)電池單池的單池監(jiān)控單元(3、5)以及用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，其中，所述電池管理系統(tǒng)(I)被構(gòu)造部分地用于在高電壓電位上運(yùn)行并且部分地用于在低電壓電位上運(yùn)行，其特征在于，根據(jù)主從原理在利用所述通信系統(tǒng)的情況下傳輸來自所述單池監(jiān)控單元(3、5)的數(shù)據(jù)，其中所述單池監(jiān)控單元之一是主-單池監(jiān)控單元(5)，該主-單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行，并且其中其他的單池監(jiān)控單元是從-單池監(jiān)控單元(3)，所述從-單池監(jiān)控單元被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行。2.按權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述主-單池監(jiān)控單元(5)為了傳輸數(shù)據(jù)而通過所述通信系統(tǒng)與所述控制儀單元(2)并且與所述隔離單元(4)相連接。3.按權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述控制儀單元(2)被構(gòu)造用于在低電壓電位上運(yùn)行，其中在所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述控制儀單元(2)之間在低電壓電位上傳輸數(shù)據(jù)。4.按權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述隔離單元(4)具有用于對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的分析單元，并且所述隔離單元(4)被構(gòu)造用于在高電壓電位上運(yùn)行并且用于在低電壓電位上運(yùn)行，其中在所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述隔離單元(4)之間在高電壓電位上并且/或者在低電壓電位上傳輸數(shù)據(jù)。5.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括第一通信線路(11)和/或第二通信線路(12)，其中所述第一通信線路(11)和/或所述第二通信線路(12)為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述單池監(jiān)控單元(3、5)彼此連接起來，其中在所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述從-單池監(jiān)控單元(3)之間根據(jù)菊花鏈原理在高電壓電位上傳輸數(shù)據(jù)。6.按權(quán)利要求5所述的電池管理系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一通信線路(11’)此外為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述控制儀單元(2)連接起來，其中根據(jù)所述菊花鏈原理將來自所述從-單池監(jiān)控單元(3)的數(shù)據(jù)通過所述主-單池監(jiān)控單元(5)來傳輸給所述控制儀單元(2)。7.按權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第二通信線路(12’)此外為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述隔離單元(4)連接起來，其中根據(jù)所述菊花鏈原理將來自所述從-單池監(jiān)控單元(3)的數(shù)據(jù)通過所述主-單池監(jiān)控單元(5)傳輸給所述隔離單元(4)。8.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括至少一條通信總線(11’’)，所述通信總線為了傳輸數(shù)據(jù)而將所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述控制儀單元(2)連接起來并且/或者將所述主-單池監(jiān)控單元(5)與所述隔離單元(4)連接起來。9.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述通信系統(tǒng)包括另一通信總線(14)，其中所述控制儀單元(2)為了傳輸數(shù)據(jù)而能夠通過所述另一通信總線(14)與另一控制儀單元(10)相連接。10.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述控制儀單元(2)為了傳輸數(shù)據(jù)而通過所述通信系統(tǒng)與所述隔離單元(4)相連接。11.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述控制儀單元(2)是車輛控制儀單元，該車輛控制儀單元被構(gòu)造用于執(zhí)行電池管理系統(tǒng)的中心的控制任務(wù)。12.電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)具有:能夠再充電的、包括多個(gè)電池單池的電池；以及用于對(duì)所述電池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的電池管理系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)(I)是按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電池管理系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK105874643SQ201480072577
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日
【發(fā)明人】S.本茲, J.施內(nèi)德, K.豪格, S.布特茲曼恩, H.帕特斯
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