監(jiān)測安全關(guān)鍵系統(tǒng)的電池單元的診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了通過冗余偏移電池單元監(jiān)測來檢測電池單元故障的系統(tǒng)和方法?？稍陔姵乇O(jiān)測系統(tǒng)中實施冗余電池監(jiān)測，以便在偏移時間處理電池單元電壓。處理器可將特定電池單元的偏移電壓樣本相比較。如果所述樣本變化到預(yù)定范圍之外，那么所述處理器可指示電池單元故障。
【專利說明】監(jiān)測安全關(guān)鍵系統(tǒng)的電池單元的診斷方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年2月7日提交的美國臨時專利申請序列號61/440，093給予的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。本申請涉及2011年7月14日作為美國專利申請?zhí)?3/182，884提交的共同待決的申請“Diagnostic Method to Check for Stuck Bits in Storage Registers ofSafety-Critical Systems，，。
【背景技術(shù)】
[0003]電池監(jiān)測器是監(jiān)測并報告電池單元診斷信息的裝置。用于監(jiān)測電池單元電壓電平的系統(tǒng)可包括可以處理并報告特定電池單元的電壓電平的電池監(jiān)測器?？蓪⑾嗬^報告的電壓相比較以驗證特定電池單元的操作。盡管電池監(jiān)測器提供了用于監(jiān)測電池單元電壓電平的有效機構(gòu)，但它們的電氣特性可使得它們易受可能由感生電磁場電壓、系統(tǒng)失靈、電壓尖峰或許多電壓非線性引起的電氣操作故障的影響。在電池監(jiān)測系統(tǒng)中，這樣一種非線性可由正被監(jiān)測的電池單元所誘導并且可指示電池故障。然而，當發(fā)生這樣一種故障時，它可能會干擾電池監(jiān)測器的操作，其方式為使得電池監(jiān)測系統(tǒng)可能不會恰當?shù)貦z測所述故障。因此，本領(lǐng)域需要可恰當?shù)貦z測電池單元故障的電池監(jiān)測系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)的方框圖。
[0005]圖2至圖3示出了根據(jù)圖1的電池監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案的電池監(jiān)測器設(shè)置的方框圖。
[0006]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)的方框圖。
[0007]圖5示出了根據(jù)圖4的電池監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案的電池監(jiān)測器設(shè)置的方框圖。
[0008]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于通過電池監(jiān)測系統(tǒng)檢測故障電池單元的方法。
[0009]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于在監(jiān)測回路中進行冗余電池單元監(jiān)測的方法。
[0010]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的示例性控制代碼序列。
[0011]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作。
[0012]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)以及在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作的方框圖。
[0013]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作。
【具體實施方式】[0014]本發(fā)明的實施方案可提供通過冗余偏移電池單元監(jiān)測來檢測電池故障的技術(shù)。根據(jù)此類實施方案，可在電池監(jiān)測器系統(tǒng)中實施冗余電池監(jiān)測，以便在偏移時間處理電池單元電壓。處理器可將特定電池單元的偏移電壓樣本相比較。如果所述樣本變化到預(yù)定范圍之外，那么所述處理器可指示電池單元故障。
[0015]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)100的方框圖。監(jiān)測系統(tǒng)100可包括多個一級電池監(jiān)測器110.1.1-110.η.1、多個二級電池監(jiān)測器110.1.2-110.η.2以及處理器120。每個電池監(jiān)測器均可進一步具有用于選擇信號的引腳，例如，用于一級監(jiān)測器110.1.1的引腳160.1.1。一級和二級電池監(jiān)測器(例如，110.1.1、110.1.2)可作為并行連接到電池系統(tǒng)的對應(yīng)單元上的冗余集而定位。一級監(jiān)測器110.1.1可經(jīng)由一級通信鏈路140.1連接到處理器120上，而二級監(jiān)測器110.1.2可經(jīng)由二級通信鏈路150.1連接到處理器120上。相繼的一級通信鏈路140.2-140.η和二級通信鏈路150.2-150.η可連接到相繼的一級電池監(jiān)測器110.2.1-110.η.1和二級電池監(jiān)測器110.2.2-110.η.2中的每一個上。監(jiān)測系統(tǒng)100可實施為單個集成電路芯片或多個集成電路芯片。
[0016]冗余集中的每個電池監(jiān)測器均可被配置來接受來自預(yù)定數(shù)量的電池單元的輸入端并且可啟動與電池單元相關(guān)聯(lián)的輸入端對(電池“信道”)，用于進行處理。例如，如圖1中所述的配置示出了具有五個輸入端的電池監(jiān)測器，所述電池監(jiān)測器可提供處理來自四個不同電池單元的數(shù)據(jù)的能力。在此方面，一級電池監(jiān)測器110.1.1-110.η.1和二級電池監(jiān)測器110.1.2-110.η.2可被認為是四信道裝置?？商峁┚哂信c所示相比不同數(shù)量的信道的其它實現(xiàn)方式。系統(tǒng)100可實施為單個集成電路芯片或多個集成電路芯片。
[0017]冗余集中的一級電池監(jiān)測器和二級電池監(jiān)測器中的每一個(例如，110.1.1、110.1.2)均可按照根據(jù)控制代碼序列的順序來處理電池信道數(shù)據(jù)。所述控制代碼序列可為電池信道號(即，1、2、3、4)的數(shù)字列表。在預(yù)定信道處開始，每個電池監(jiān)測器均可通過控制代碼序列以“循環(huán)法”的方式循環(huán)并處理對應(yīng)的選擇信道的數(shù)據(jù)。處理可包括:每個電池監(jiān)測器110.1.1,110.1.2均通過控制代碼序列的每個循環(huán)抽樣和存儲每個電池信道的電壓。每個監(jiān)測器110.1.1,110.1.2均可將所存儲的電壓按照基于用于對應(yīng)監(jiān)測器的控制代碼序列的順序傳達給處理器120。然后，處理器120可將每個電池信道110.1.1,110.1.2的相繼的電壓相比較，以便確定任何所述信道是否已發(fā)生故障。
[0018]在一個實施方案中，所述集中的一級和二級監(jiān)測器110.1.1、110.1.2可被配置來在彼此偏移的時候處理信道I。因此，一級電池監(jiān)測器110.1.1可對信道I進行抽樣，同時二級監(jiān)測器110.1.2可對信道4進行抽樣。以這種方式，所述電池監(jiān)測器可提供對電壓尖峰、電磁場電壓或可能在其它電池監(jiān)測系統(tǒng)中誘導誤差的其它操作非線性的改善的抗擾性。
[0019]例如，一級電池監(jiān)測器110.1.1可通過基于第一控制代碼序列偏移處理信道I的電壓而開始，而二級電池監(jiān)測器110.1.2可通過基于第二控制代碼序列偏移處理器信道3的電壓而開始。如果信道I發(fā)生故障同時一級電池監(jiān)測器110.1.1可處理所述信道，那么一級電池監(jiān)測器110.1.1可能會抽樣并存儲錯誤的電壓。然而，二級電池監(jiān)測器(在信道3處開始)110.1.2可能不會處理信道I持續(xù)兩個處理周期。當二級電池監(jiān)測器110.1.2可處理信道I的電壓時，它可抽樣并存儲所述信道的電壓，所述電壓不包括由先前故障所引起的錯誤的電壓。在一級和二級電池監(jiān)測器110.1.1、110.1.2兩者均可處理信道1之后，可由處理器120讀出存儲在每個監(jiān)測器內(nèi)的數(shù)據(jù)并進行比較。所述比較可產(chǎn)生一個結(jié)果，所述結(jié)果指示由冗余監(jiān)測器報告的電壓之間的不一致的電壓電平并且系統(tǒng)100可因此檢測到電池信道I可能發(fā)生了故障。
[0020]相繼的一級和二級通信鏈路140.2，150.2—140.η, 150.η可以“菊花鏈”的方式操作，其中處理器120可通過一級串行鏈路140.1連接到初始一級電池監(jiān)測器110.1.1上。第一一級電池監(jiān)測器110.1.1可經(jīng)由后續(xù)串行鏈路140.2連接到后續(xù)的一級電池監(jiān)測器110.2.1上。對于二級監(jiān)測器來說，處理器120可通過二級串行鏈路150.1連接到初始二級電池監(jiān)測器110.1.2上。初始二級電池監(jiān)測器110.1.2可經(jīng)由后續(xù)串行鏈路150.2連接到后續(xù)的二級電池監(jiān)測器110.2.2上。
[0021]在一級或二級菊花鏈內(nèi)的中間位置處的電池監(jiān)測器可通過一個串行鏈路連接到下游電池監(jiān)測器上并通過第二串行鏈路連接到上游電池監(jiān)測器上。例如，最后的一級電池監(jiān)測器110.η.1可通過最后的一級串行鏈路140.η連接到先前的一級電池監(jiān)測器上。類似地，最后的二級電池監(jiān)測器110.η.2可通過最后的二級串行鏈路150.η連接到先前的二級電池監(jiān)測器上。
[0022]所述串行鏈路可在兩個方向上限定通信流。通信可在上游方向上流動，其中處理器命令被從處理器120轉(zhuǎn)發(fā)到初始一級電池監(jiān)測器(例如110.1.1)上并在電池監(jiān)測器之中轉(zhuǎn)發(fā)，直到它們到達所述鏈中的最后的上游一級電池監(jiān)測器(例如，110.η.1)。通信可在下游方向上流動，其中任何電池監(jiān)測器(即，監(jiān)測器110.2.2)均可發(fā)送消息并在處理器的方向上將所述消息傳送給鄰近的電池監(jiān)測器(監(jiān)測器110.1.2)。中間的電池監(jiān)測器可沿菊花鏈向下轉(zhuǎn)發(fā)消息，直到最后的下游電池監(jiān)測器(例如，監(jiān)測器110.1.2)將所述消息輸送給處理器。
[0023]在此方面，一級電池監(jiān)測器110.1.1-110.η.1和二級電池監(jiān)測器110.1.2-110.η.2可包括收發(fā)器電路，所述收發(fā)器電路用于分別管理通信鏈路140.1-140.η和150.1-150.η上的通信流，圖1中未示出?？稍诿绹继?008/0183914和2010/0277231中找到收發(fā)器電路的進一步描述，所述公布以引用的方式并入本文。
[0024]圖2示出了根據(jù)圖1的電池監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案的電池監(jiān)測器設(shè)置200的方框圖。在一個實施方案中，電池監(jiān)測器210可包括第一多路復用器(MUX) 212和第二多路復用器(MUX) 216、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 214、寄存器文件218以及控制器220。電池監(jiān)測器210可進一步包括用于接收邏輯信號的選擇引腳230以及用于接收和發(fā)送通信信號的串行通信端口 240。第一 MUX212可具有連接到對應(yīng)的電池單元上的輸入端、用于接收控制信號的輸入端、以及用于表示電池單元電壓的信號的輸出端。ADC214可具有連接到第一 MUX212的輸出端上的輸入端以及用于表不電池單兀電壓的數(shù)字樣本的信號的輸出端。第二 MUX216可具有連接到ADC214上的輸入端、用于接收控制信號的輸入端、以及用于表示電池單元電壓的數(shù)字樣本的信號的輸出端。寄存器文件218可用并行移位寄存器組織而成，所述并行移位寄存器各自具有連接到來自第二 MUX216的對應(yīng)輸出端上的輸入端并且可將電池單元電壓的數(shù)字樣本存儲在所述寄存器中。
[0025]基于用于電池監(jiān)測器210的控制代碼序列，控制器220可經(jīng)由第一和第二MUX212、216選擇電池信道，所述第一和第二MUX212、216由電池監(jiān)測器210來處理。寄存器文件218可具有與由電池監(jiān)測器210所支持的信道的數(shù)量成比例的若干個寄存器(例如，四信道裝置具有四個寄存器)。可提供具有與所示相比不同數(shù)量的信道的其它實現(xiàn)方式。[0026]可實施各種實施方案來初始化用于電池監(jiān)測器210的控制代碼序列偏移。在一個實施方案中，處理器(未不出)可將具有規(guī)定偏移(例如，對應(yīng)于電池信道號的1、2、3、4)的控制代碼序列加載到電池監(jiān)測器210上。在另一個實施方案中，電池監(jiān)測器210可用具有規(guī)定第一和第二偏移的控制代碼序列進行編程。選擇引腳230可被切換來初始化用于監(jiān)測器210的第一或第二偏移。例如，選擇引腳230可被切換為低(例如，’O’)并可初始化監(jiān)測器210來在信道I的第一偏移下開始處理對應(yīng)的信道。相反地，選擇引腳230可針對監(jiān)測器210被切換為高(例如，’ I’)并可初始化所述監(jiān)測器來在信道3的第二偏移下開始處理對應(yīng)的信道?？商峁┚哂信c所述相比不同數(shù)量的信道以及不同的低/高、開始/偏移信道配置的其它實現(xiàn)方式。
[0027]在操作期間，第一 MUX212可將電池信道電壓傳遞給ADC214，如由控制器220所啟動。ADC214可對信道電壓進行抽樣并將所述電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC214可向第二 MUX216輸出所抽樣的數(shù)字值。第二 MUX216可將所抽樣的數(shù)字值傳遞給寄存器文件218內(nèi)的寄存器偏移，如由控制器220所啟動。遵循控制代碼序列，電池監(jiān)測器210可循環(huán)通過并依次處理每個電池信道的電壓值。所述數(shù)字值可由處理器(未示出)從寄存器文件218中讀取，以用于電壓比較中。
[0028]圖3示出了根據(jù)圖1的電池監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案的另一個電池監(jiān)測器設(shè)置300的方框圖。電池監(jiān)測器310可包括MUX312、ADC314、寄存器文件318以及控制器316。電池監(jiān)測器310可進一步包括用于接收邏輯信號的選擇引腳330以及用于接收和發(fā)送通信信號的通信端口 340。電池監(jiān)測器310可被配置并類似于圖2的電池監(jiān)測器200進行操作。然而，寄存器文件318可用串行移位寄存器組織而成，所述串行移位寄存器具有連接到ADC314的輸出端上的輸入端并且可將電池單元電壓的數(shù)字樣本以串行方式存儲在所述寄存器中。所述數(shù)字值可由處理器(未示出)從寄存器文件318中讀取，以用于電壓比較中。
[0029]基于用于電池監(jiān)測器310的控制代碼序列，控制器316可經(jīng)由第一 MUX312選擇電池信道，所述第一 MUX由電池監(jiān)測器310來處理。寄存器文件318可具有與由電池監(jiān)測器310所支持的信道的數(shù)量成比例的若干個寄存器(例如，四信道裝置具有四個寄存器)?？商峁┚哂信c所示相比不同數(shù)量的信道的其它實現(xiàn)方式。
[0030]可實施各種實施方案來初始化用于電池監(jiān)測器310的控制代碼序列偏移。在一個實施方案中，處理器(未不出)可將具有規(guī)定偏移(例如，對應(yīng)于電池信道號的1、2、3、4)的控制代碼序列加載到電池監(jiān)測器310上。在另一個實施方案中，電池監(jiān)測器310可用具有規(guī)定第一和第二偏移的控制代碼序列進行編程。選擇引腳330可被切換來初始化用于監(jiān)測器310的第一或第二偏移。例如，選擇引腳330可被切換為低(例如，’O’)并可初始化監(jiān)測器310來在信道I的第一偏移下開始處理對應(yīng)的信道。相反地，選擇引腳330可針對監(jiān)測器310被切換為高(例如，’ I’)并可初始化所述監(jiān)測器來在信道3的第二偏移下開始處理對應(yīng)的信道。可提供具有與所述相比不同數(shù)量的信道以及不同的低/高、開始/偏移信道配置的其它實現(xiàn)方式。
[0031]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)400的方框圖。監(jiān)測系統(tǒng)400可包括多個電池監(jiān)測器410.1-410.η和處理器430。所述多個監(jiān)測器中的第一電池監(jiān)測器(即，電池監(jiān)測器410.1)可經(jīng)由一級通信鏈路440.1連接到處理器430上。相繼的電池監(jiān)測器410.2-410.η可被實施用于監(jiān)測電池組中的不同數(shù)量的電池單元。相繼的通信鏈路440.2-440.η可被實施到所述相繼的電池監(jiān)測器上。系統(tǒng)400可實施為單個集成電路芯片或多個集成電路芯片。
[0032]監(jiān)測系統(tǒng)400可以很大程度上類似于圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的方式操作處理器430并與它串行通信。然而，每個電池監(jiān)測器410.1-410.η均可提供內(nèi)部冗余監(jiān)測而不是實施一級和二級監(jiān)測器的冗余集。以這種方式，監(jiān)測系統(tǒng)400中的每個電池監(jiān)測器410.1-410.η均可提供用于冗余電池單元監(jiān)測的獨立的處理路徑。
[0033]在一個實施方案中，電池監(jiān)測器(即，監(jiān)測器410.1)可包括第一多路復用器(MUX)412.1、第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)414.1.1和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)414.1.2、第二 MUX416.1、寄存器文件418.1以及控制器420.1。電池監(jiān)測器410.1可進一步包括通信端口 440.1，所述通信端口用于接收串行通信信號并將其發(fā)送到處理器430上。第一MUX412.1可具有連接到對應(yīng)的電池單元上的輸入端以及用于接收控制信號的控制輸入端。第一 ADC414.1.1和第二 ADC414.1.2可各自具有連接到對應(yīng)的第一 MUX412.1的輸出端上的輸入端以及用于表不電池單兀電壓的數(shù)字樣本的信號的對應(yīng)的輸出端。第二MUX416.1可具有連接到對應(yīng)的ADC414.1.1,414.1.2的輸出端中的每一個上的對應(yīng)的輸入端以及用于接收控制信號的控制輸入端。寄存器文件418.1可用并行移位寄存器組織而成，所述并行移位寄存器各自具有連接到來自第二 MUX416.1的對應(yīng)輸出端上的輸入端并且可將電池單元電壓的數(shù)字樣本存儲在所述寄存器中。
[0034]控制器420.1可具有與第一 ADC414.1.1相關(guān)聯(lián)的輸出控制信號Al和A2,所述第
一ADC414.1.1可經(jīng)由對應(yīng)的第一和第二 MUX412.1,416.1啟動用于ADC414.1.1的對應(yīng)的電池信道選擇和寄存器存儲?？刂破?20.1可進一步具有與第二 ADC414.1.2相關(guān)聯(lián)的輸出控制信號BI和B2，所述第二 ADC可經(jīng)由對應(yīng)的第一和第二 MUX412.1,416.1啟動用于ADC414.1.2的對應(yīng)的電池信道選擇和寄存器存儲。
[0035]每個電池監(jiān)測器410.1-410.η均可被配置來接受來自預(yù)定數(shù)量的電池單元的輸入端(信道)。監(jiān)測器內(nèi)的第一和第二 ADC中的每一個(例如，監(jiān)測器410.1內(nèi)的第一和第
二ADC414.1.1,414.1.2)均可按照根據(jù)控制代碼序列的順序?qū)﹄姵匦诺罃?shù)據(jù)進行抽樣?？蓪⑺闃拥臄?shù)據(jù)存儲在寄存器文件418.1中。寄存器文件418.1可具有與由監(jiān)測器410.1所支持的處理路徑和信道的數(shù)量成比例的若干個寄存器(例如，二至四個信道路徑具有八個寄存器)。可提供具有與所示相比不同數(shù)量的信道的其它實現(xiàn)方式。系統(tǒng)400可實施為單個集成電路芯片或多個集成電路芯片。
[0036]各種實施方案可被實施用于初始化用于每個電池監(jiān)測器410.1-410.η內(nèi)的第一ADC和第二 ADC中的每一個的第一和第二控制代碼偏移。在一個實施方案中,控制器(即，控制器420.1)可加載兩個單獨的控制代碼序列，使得第一或第二 ADC414.1.1,414.1.2兩者都不能同時抽樣和存儲同一個電池信道。在另一個實施方案中，控制器420.1可用控制代碼序列以及用于第一 ADC414.1.1和第二 ADC414.1.2中的每一個的硬編碼的第一和第二偏移兩者進行編程。在又一個實施方案中，每個電池監(jiān)測器均可用具有規(guī)定第一偏移和第二偏移的預(yù)定的控制代碼序列進行編程?？刂破?即，控制器420.1)可初始化第一控制代碼偏移用于啟動單元以便由第一 ADC414.1.1進行抽樣，并且可初始化第二控制代碼偏移用于啟動單元以便由第二 ADC414.1.2進行抽樣?？商峁┢渌鼘崿F(xiàn)方式，其中第一偏移或第二偏移與第一 ADC或第二 ADC的關(guān)聯(lián)性可為系統(tǒng)可配置的特征。[0037]圖5示出了根據(jù)圖4的電池監(jiān)測系統(tǒng)的一個實施方案的電池監(jiān)測器設(shè)置500的方框圖。在一個實施方案中，電池監(jiān)測器510可包括MUX512、第一 ADC514.1和第二 ADC514.2、寄存器文件516以及控制器518。電池監(jiān)測器510可具有用于接收和發(fā)送通信信號的通信端口 540。MUX512可具有連接到對應(yīng)的電池單元上的輸入端、用于接收控制信號的控制輸入端、以及用于表不電池單兀電壓的信號的輸出端。第一 ADC514.1和第二 ADC514.2可各自具有連接到對應(yīng)的MUX512的輸出端上的輸入端以及用于表示電池單元電壓的數(shù)字樣本的信號的對應(yīng)的輸出端。寄存器文件516可用串行移位寄存器組織而成，所述串行移位寄存器具有連接到來自第一 ADC514.1和第二 ADC514.2的對應(yīng)的輸出端上的輸入端并且可將電池單元電壓的數(shù)字樣本存儲在所述寄存器中?？刂破?18可具有用于表示控制信號Al、BI的信號的輸出端，所述輸出端可被連接到MUX512上。
[0038]電池監(jiān)測器510可以很大程度上類似于如圖4中所述的電池監(jiān)測器的方式操作處理器(未示出)并與它串行通信。然而，監(jiān)測器510不會在每個ADC514.1、514.2與寄存器文件516之間實施第二 MUX。而是，每個ADC514.1、514.2可將數(shù)據(jù)以串行方式直接送入寄存器文件516中用于存儲。應(yīng)了解，處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，可能與待監(jiān)測的多個電池信道相連接的ADC的數(shù)量可與電池監(jiān)測系統(tǒng)中所存在的電池信道的數(shù)量成比例而變化。進一步來說，應(yīng)了解，處于本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，MUX沒有必要存在用來將電池監(jiān)測器中的多個ADC連接到待監(jiān)測的多個電池信道上。
[0039]各種實施方案可被實施用于初始化用于電池監(jiān)測器510內(nèi)的第一和第二 ADC中的每一個的第一和第二控制代碼偏移。在一個實施方案中，控制器518可加載兩個單獨的控制代碼序列，使得第一或第二 ADC514.1、514.2兩者都不能同時抽樣和存儲同一個電池信道。在另一個實施方案中，控制器518可用控制代碼序列以及用于第一和第二 ADC514.1、514.2中的每一個的硬編碼的第一和第二偏移兩者進行編程。在又一個實施方案中，每個電池監(jiān)測器均可用具有規(guī)定第一和第二偏移的預(yù)定的控制代碼序列進行編程?？刂破?18可初始化第一控制代碼偏移用于啟動單元以便由第一 ADC514.1進行抽樣并可初始化第二控制代碼偏移用于啟動單元以便由第二 ADC514.2進行抽樣?？商峁┢渌鼘崿F(xiàn)方式，其中第一偏移或第二偏移與第一 ADC或第二 ADC的關(guān)聯(lián)性可為系統(tǒng)可配置的特征。
[0040]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于通過電池監(jiān)測系統(tǒng)檢測故障電池單元的方法600。如方框610中所示，檢測方法600可包括選擇對應(yīng)的電池單元用于進行處理?？稍谄茣r間對所述單元的相繼的電壓進行抽樣(方框620)?？蓪⑺鰳颖景凑粘闃禹樞虼鎯υ谝莆患拇嫫髦?方框630)。然后，可按照所述抽樣順序從所述移位寄存器中讀出所述電壓(方框640)。方法600可填充表，所述表可維持用于對應(yīng)的所抽樣的單元的歷史電壓樣本(方框642)。
[0041]然后，可比較偏移樣本之間的所述單元的電壓，以便生成電壓差(方框650)。然后，可針對預(yù)定的范圍比較所述電壓差(方框660)。如果所述電壓差沒有變化到所述預(yù)定范圍之外，那么方法600可驗證對于相應(yīng)電池單元的操作(方框670)。如果所述電壓差變化到所述預(yù)定范圍之外，那么方法600可指示所述相應(yīng)電池單元的故障(方框680)。在一個實施方案中，方法600可進一步造成對故障電池單元再次進行處理(方框682，返回到方框610)。在另一個實施方案中，方法600可將來自所述故障電池單兀的電壓樣本與所述單元的歷史電壓相比較，以便生成針對所述單元的歷史電壓范圍(方框684)。[0042]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于在監(jiān)測回路中進行冗余電池單元監(jiān)測的方法700。如方框710中所示，方法700可包括初始化控制代碼序列。然后，可初始化用于所述控制代碼序列的第一或第二偏移(方框720)。然后，可選擇對應(yīng)于所述第一或第二控制代碼偏移的第一或第二偏移電池單元，以用于處理對應(yīng)的電池單元電壓(方框730)。然后,可對對應(yīng)的第一或第二偏移電池單兀電壓進行抽樣，以用于生成所抽樣的電壓信號(方框740)。然后,可將對應(yīng)的所抽樣的電壓信號存儲在移位寄存器中(方框750)。然后，可推進所述第一或第二控制代碼偏移到達后續(xù)的第一或第二控制代碼(方框760)并且可從所推進的第一或第二控制代碼中選擇后續(xù)的第一或第二單元，以用于進行處理(返回到方框730)。
[0043]根據(jù)監(jiān)測方法700，電池單元陣列中的每個電池信道均可以“循環(huán)法”的方式進行處理，直到所述方法可終止。在一個實施方案中，方法700可為每個對應(yīng)的電池信道讀取所存儲的電壓樣本，以用于進一步處理(方框770)。
[0044]圖8示出了適合與本發(fā)明的前述實施方案一起使用的示例性控制代碼序列800。所述控制代碼序列可用第一和第二偏移以許多方式進行配置，只要偏移均不會導致同一個信道被由監(jiān)測系統(tǒng)中的電池監(jiān)測器或ADC同時抽樣。在圖8(a)所示的一個實施方案中，相對的上升和下降控制代碼序列可利用通過以信道4開始的信道進行的第一偏移循環(huán)和通過以信道I開始的信道進行的第二偏移循環(huán)來實施。然而，當監(jiān)測奇數(shù)個信道時，發(fā)生對使用相對的上升和下降控制代碼序列的限制。例如，使用相對的上升和下降控制序列1、2、3、
4、5和5、4、3、2、1用于5信道裝置可致使信道3被由電池監(jiān)測器或ADC中的每一個同時抽樣。
[0045]在圖8(b)所示的另一個實施方案中，單個控制代碼序列可用預(yù)定的第一和第二偏移來實施。例如，在N等于用于監(jiān)測的電池信道的數(shù)量(即，4)的情況下，第一偏移可被配置來開始處理信道1，而第二偏移可被配置來開始對信道l+(N/2) ( S卩，信道3)進行抽樣。如圖8(c)中所示，這樣一個實施方案可能不會遭受如針對圖8(a)中所示的相對的上升和下降控制代碼序列所述的同樣的奇數(shù)信道限制。例如，在N可等于用于監(jiān)測的5個信道的情況下，第一偏移可被配置來開始處理信道1，而第二偏移可被配置來開始處理信道(N+l)/2(即，信道3)。在所示的實施例中，可能不能由電池監(jiān)測器或ADC中的每一個對信道進行同時處理。
[0046]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作900。在一個實施方案中，一級和二級監(jiān)測器中的每一個均可實施為獨立的集成電路芯片。一級芯片和二級芯片中的每一個均可共享對應(yīng)的共用通信鏈路。在另一個實施方案中，一級和二級監(jiān)測器中的每一個均可通過連接到處理器上的對應(yīng)的一級和二級通信鏈路組織在單個集成電路芯片中。
[0047]如所示，寄存器910.1-940.1可駐留在一級芯片I中而寄存器950.1-980.1可駐留在一級芯片2中。類似地，寄存器910.2-940.2可駐留在二級芯片I中而寄存器950.2-980.2可駐留在二級芯片2中。可將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的一級和二級寄存器中并以下游方式串行移位。例如，可通過將數(shù)據(jù)寫入寄存器940.1中并使得所述數(shù)據(jù)以下游方式移位來將數(shù)據(jù)寫入一級芯片I內(nèi)的寄存器910.1-940.1中。類似地，可通過將數(shù)據(jù)寫入寄存器980.1中并使得所述數(shù)據(jù)以下游方式移位來將數(shù)據(jù)寫入一級芯片2內(nèi)的寄存器950.1-980.1 中。
[0048]在操作期間，可經(jīng)由第一或第二串行通信鏈路(未示出)從對應(yīng)的一級或二級監(jiān)測器到處理器的串行移位中讀取數(shù)據(jù)。例如，可通過在驅(qū)動鐘(未示出)的每次出現(xiàn)時，將來自寄存器的數(shù)據(jù)移位來從所述寄存器中讀取存儲在一級芯片2的寄存器950.1內(nèi)的數(shù)據(jù)。每個時鐘均可致使單個數(shù)位位置在下游方向上發(fā)生移位。由于數(shù)據(jù)可從中間芯片(即，一級芯片2的寄存器950.1)的最后一個數(shù)位位置移位，因此所述數(shù)據(jù)可經(jīng)由對應(yīng)的通信鏈路(未示出)移位至一級芯片I的第一寄存器940.1的第一數(shù)位位置。當數(shù)據(jù)的數(shù)位到達一級芯片I的最后一個寄存器910.1中的最后一個數(shù)位位置時，所述數(shù)據(jù)可經(jīng)由對應(yīng)的通信鏈路(未示出)移位至處理器。
[0049]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池監(jiān)測系統(tǒng)以及在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作1000的方框圖。在一個實施方案中，一級和二級監(jiān)測器中的每一個均可實施為獨立的集成電路芯片。在另一個實施方案中，一級和二級監(jiān)測器中的每一個均可通過連接到處理器上的對應(yīng)的一級和二級通信鏈路組織在單個集成電路芯片中。如圖10(a)中所示，多個一級監(jiān)測器1010.1.1-1010.η.1和二級監(jiān)測器1010.1.2-1010.η.2中的每一個均可共享被共同地提供至所述監(jiān)測器中的每一個的級聯(lián)通信鏈路1050.1-1050.η。在一個實施方案中，鏈路1050.1可經(jīng)由二級監(jiān)測器1010.1.2連接到處理器1020上。在另一個實施方案中，鏈路1050.1可經(jīng)由一級監(jiān)測器1010.1.1連接到處理器1020上。
[0050]圖10(b)示出了根據(jù)圖10(a)的一個實施方案的在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作。如所示，一級和二級監(jiān)測器中的每一個均可實施為獨立的集成電路芯片。寄存器1010.1-1040.1可駐留在一級芯片I中而寄存器1050.1-1080.1可駐留在一級芯片2中。類似地，寄存器1010.2-1040.2可駐留在二級芯片I中而寄存器1050.2-1080.2可駐留在二級芯片2中?？蓪?shù)據(jù)寫入對應(yīng)的一級和二級寄存器中并通過級聯(lián)通信鏈路(即，圖10(a)的鏈路1050.1-1050.η)以下游方式串行移位。
[0051]例如，在操作期間，可通過在驅(qū)動鐘(未示出)的每次出現(xiàn)時，將來自寄存器的數(shù)據(jù)移位來從所述寄存器中讀取存儲在寄存器(即，第二一級芯片的寄存器1050.1)內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)可從一級中間芯片2的寄存器1050.1的最后一個數(shù)位位置移位，因此所述數(shù)據(jù)可移位至后續(xù)的二級中間芯片2的第一寄存器1080.2的第一數(shù)位位置。當數(shù)據(jù)的數(shù)位到達二級中間芯片2的最后一個寄存器1050.2的最后一個數(shù)位位置時，所述數(shù)據(jù)可進一步向下游移位至后續(xù)的一級芯片I的第一寄存器1040.1的第一數(shù)位位置。由于數(shù)據(jù)的數(shù)位到達二級芯片I的最后一個寄存器1010.2中的最后一個數(shù)位位置，因此所述數(shù)據(jù)可經(jīng)由對應(yīng)的通信鏈路移位至處理器。
[0052]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的在多個電池監(jiān)測器的移位寄存器上進行的示例性寄存器移位操作1100。在一個實施方案中，每個監(jiān)測器均可實施為具有一對ADC的單獨的集成電路芯片，其中每個芯片都共享對應(yīng)的共用通信鏈路。在另一個實施方案中，每個監(jiān)測器均可通過連接到處理器上的共用通信鏈路組織在單個集成電路芯片中。
[0053]如所示，寄存器1110.1-1180.1可駐留在第一芯片中而寄存器1110.2-1180.2可駐留在第二芯片中?？蓪?shù)據(jù)寫入第一或第二芯片的對應(yīng)的寄存器中并以下游方式串行移位。例如，可通過將數(shù)據(jù)寫入寄存器1180.1中并使得所述數(shù)據(jù)以下游串行方式移位來將數(shù)據(jù)寫入第一芯片內(nèi)的寄存器1110.1-1180.1中。類似地，可通過將數(shù)據(jù)寫入寄存器1180.2中并使得所述數(shù)據(jù)以下游串行方式移位來將數(shù)據(jù)寫入第二一級監(jiān)測器內(nèi)的寄存器1110.2-1180.2 中。
[0054]在操作期間，可經(jīng)由串行通信鏈路(未示出)從用于芯片的串行移位寄存器中讀取數(shù)據(jù)。例如，可通過在驅(qū)動鐘(未示出)的每次出現(xiàn)時，將來自寄存器的數(shù)據(jù)移位來從所述寄存器中讀取存儲在第二芯片的寄存器1110.2內(nèi)的數(shù)據(jù)。每個時鐘均可致使單個數(shù)位位置在下游方向上發(fā)生移位。由于數(shù)據(jù)可從中間芯片(即，芯片2的寄存器1110.2)的最后一個數(shù)位位置移位，因此所述數(shù)據(jù)可經(jīng)由對應(yīng)的通信鏈路(未示出)移位至用于第一芯片的第一寄存器1180.1的第一數(shù)位位置。當數(shù)據(jù)的數(shù)位到達第一芯片的最后一個寄存器1110.1中的最后一個數(shù)位位置時，所述數(shù)據(jù)可經(jīng)由對應(yīng)的通信鏈路(未示出)移位至處理器。
[0055]本文特別說明并描述了本發(fā)明的幾個實施方案。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的修改和變化是由以上教義所涵蓋并處于所附權(quán)利要求書的權(quán)限內(nèi)，而不脫離本發(fā)明的精神和期望范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池監(jiān)測系統(tǒng)的控制方法，所述電池監(jiān)測系統(tǒng)包括多個成對的電池監(jiān)測器，所述方法包括: 在抽樣操作期間將所述成對的監(jiān)測器的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)連接到電池組的相互不同的單元上， 將由所述ADC抽樣的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，以及 存儲所述數(shù)字值。
2.一種電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其包括: 多個電池監(jiān)測器，各自具有用于連接到電池系統(tǒng)的對應(yīng)單元上的電池單元輸入端，所述電池監(jiān)測器包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)并且路由邏輯在抽樣期間將所述信道輸入端操作性地連接到所述ADC上，其中一對電池監(jiān)測器被提供用于每個單元，以及 控制邏輯，用于在抽樣期間選擇信道輸入端，其中每對電池監(jiān)測器在共同的抽樣瞬間期間對不同的信道進行抽樣。
3.一種用于通過電池監(jiān)測系統(tǒng)在電池組單元內(nèi)檢測故障電池單元的方法，所述方法包括: 選擇連接到所述系統(tǒng)上的電池單元； 在偏移抽樣時間對所述電池單兀電壓進行抽樣； 將所述偏移抽樣的電壓按照抽樣順序存儲在所述系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個移位寄存器中； 通過多個移位操作從所述一個或多個寄存器中讀出所存儲的電壓樣本； 用所述電壓樣本填充在所述電池監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)所維持的表； 將偏移樣本之間的電壓相比較以生成電壓差: 如果所述電壓差變化到預(yù)定范圍之外， 那么確定電池故障。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，所述比較偏移樣本之間的電壓進一步包括: 如果所述電壓差變化到預(yù)定范圍之外，那么重復以下步驟 選擇連接到所述系統(tǒng)上的所述電池單元； 在偏移抽樣時間對所述電池單兀電壓進行抽樣； 將所述偏移抽樣的電壓按照所述抽樣順序存儲在所述系統(tǒng)的一個或多個移位寄存器中； 通過多個移位操作從所述一個或多個移位寄存器中讀出所存儲的電壓樣本； 用所述電壓樣本填充在所述電池監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)所維持的表； 將偏移樣本之間的電壓相比較以生成電壓差: 如果所述電壓差變化到預(yù)定范圍之外， 那么確定電池故障。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，所述比較偏移樣本之間的電壓進一步包括: 如果所述電壓差變化到預(yù)定范圍之外， 那么將所述電壓樣本與所述對應(yīng)單元的歷史電壓相比較，以便生成用于所述單元的電壓范圍。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其進一步包括:為來自所述電池組的每個電池單元維持具有歷史電壓值的表。
7.一種在電池組單元內(nèi)使用監(jiān)測回路進行冗余電池單元監(jiān)測的方法，所述方法包括: 初始化對應(yīng)于正被監(jiān)測的多個電池單元的控制代碼序列； 初始化所述控制代碼序列的第一和第二偏移； 選擇對應(yīng)于所述第一和第二控制代碼偏移的電池單元； 對對應(yīng)于所述第一和第二控制代碼偏移的所述電池單元電壓進行抽樣； 將對應(yīng)于所述第一和第二控制代碼偏移的所述電池單元電壓樣本存儲到一個或多個移位寄存器中；以及 推進所述第一控制代碼偏移或第二控制代碼偏移。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其進一步包括: 讀取所存儲的電池單元電壓樣本，用于進一步處理。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其進一步包括: 在所述推進所述第一或第二控制代碼偏移之后， 重復所述選擇對應(yīng)于所述第一或第二控制代碼偏移的電池單元、所述對所述電池單元電壓進行抽樣、所存儲所述電池單元電壓樣本以及所述推進所述第一或第二控制代碼偏移直到所述方法終止。
10.一種電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其包括: 多個對應(yīng)的一級電池監(jiān)測器，每個對應(yīng)的一級電池監(jiān)測器均具有以下各項 用于多個電池單元的輸入端； 用于控制引腳的輸入端； 被提供與所述輸入端進行通信的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及 具有多個移位寄存器的寄存器文件； 多個對應(yīng)的二級電池監(jiān)測器，各自并行連接到每個對應(yīng)的一級電池監(jiān)測器輸入端上，每個二級電池監(jiān)測器均具有 用于多個電池單元的輸入端； 用于控制引腳的輸入端； 被提供與所述輸入端進行通信的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及 具有多個移位寄存器的寄存器文件； 一級和二級串行通信鏈路，所述串行通信鏈路被提供在所述一級和二級電池監(jiān)測器之中，以便形成一級和二級菊花鏈通信鏈路；以及 處理器，所述處理器被共同地提供在所述一級和二級菊花鏈鏈路的一端上。
11.如權(quán)利要求10所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其進一步包括: 所述多個對應(yīng)的一級和二級電池監(jiān)測器中的每一個均被適配來基于預(yù)定的電池單元監(jiān)測序列而監(jiān)測電池單元。
12.如權(quán)利要求11所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng),其中對應(yīng)的一級電池監(jiān)測器中的每一個均被進一步適配來以一級偏移電池單元號開始監(jiān)測電池單元。
13.如權(quán)利要求12所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其中對應(yīng)的二級電池監(jiān)測器中的每一個均被進一步適配來以二級偏移電池單元號開始監(jiān)測電池單元。
14.如權(quán)利要求13所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其中所述一級偏移電池單元和所述二級偏移單元對應(yīng)于不同的電池單元。
15.一種電池監(jiān)測器，其包括: 第一多路復用器，所述第一多路復用器具有用于連接到預(yù)定數(shù)量的電池單元上的輸入端; 第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器各自具有連接到所述多路復用器的輸出端上的輸入端；以及 寄存器文件，所述寄存器文件具有多個移位寄存器，一個移位寄存器用于由所述第一和第二 ADC中的每一個監(jiān)測的多個單元中的每一個。
16.如權(quán)利要求15所述的電池監(jiān)測器，其進一步包括控制器，所述控制器被適配來選擇由所述第一和第二 ADC中的每一個監(jiān)測的電池單元。
17.一種電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其包括: 多個電池監(jiān)測器，每個電池監(jiān)測器包括具有 用于多個電池單元的輸入端； 被提供與所述輸入端并行通信的第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，以及寄存器文件，所述寄存 器文件具有多個移位寄存器，一個移位寄存器用于由所述第一和第二 ADC中的每一個監(jiān)測的多個電池單元中的每一個； 串行通信鏈路，所述串行通信鏈路被提供在所述電池監(jiān)測器之中，以便形成菊花鏈通信鏈路；以及 處理器，所述處理器被提供在所述菊花鏈通信鏈路的一端上。
18.如權(quán)利要求17所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其進一步包括: 用于對應(yīng)的電池監(jiān)測器的第一和第二 ADC中的每一個均被適配來基于預(yù)定的電池單元監(jiān)測序列來監(jiān)測電池單元。
19.如權(quán)利要求18所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其中每個對應(yīng)的第一ADC均被進一步適配來以第一偏移電池單元號開始監(jiān)測電池單元。
20.如權(quán)利要求19所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其中每個對應(yīng)的第二ADC均被進一步適配來以第二偏移電池單元號開始監(jiān)測電池單元。
21.如權(quán)利要求20所述的電池監(jiān)測器系統(tǒng)，其中所述第一偏移電池單元和所述第二偏移單元對應(yīng)于不同的電池單元。
【文檔編號】H02J7/00GK103650287SQ201280007887
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月7日
【發(fā)明者】R·帕萊, J·斯泰根, K·奧里奧爾丹 申請人:美國亞德諾半導體公司