CN103123993A - 一种用于监控蓄电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于监控蓄电池(10)的方法和用于执行该方法的蓄电池(10)。该蓄电池(10)包括一定数量的蓄电池单元(12、14、16)，其中蓄电池单元(12、14、16)中的至少两个蓄电池单元分别设置有与其接触的至少一个电子单元(30)，以获取蓄电池单元(12、14、16)的参数，电子单元与中央接收器(22)通信，其中至少两个电子单元(30)获取至少一个参数并将其传递至中央接收器(22)。

Description

一种用于监控蓄电池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于监控蓄电池的方法和被构造为执行该方法的蓄电池。
背景技术
通常将几个相似的原电池连接在一起称为蓄电池。该蓄电池是电化学能量存储器和能量转换器且设计用于释放电能。在该蓄电池放电时，所存储的化学能将通过电化学反应转换为电能。并联、串联或者混联的蓄电池单元被设置在所谓的模块中。这些模块中的一个或多个串联或者并联来构成蓄电池。
上述的蓄电池单元分为不可再充电的一次电池和可再充电的二次电池。可再充电的蓄电池也称作带有蓄能单元的蓄能器。以下的蓄电池应理解为不可再充电和可再充电的蓄电池。
在机动车中，一方面使用所谓的启动蓄电池(例如构造为铅蓄能器)用于为内燃机的启动电动机提供电流。除了为启动电动机供电之外，蓄电池还为车辆内其他的耗电器供电。为了启动内燃机，需要短时的大电流，该电流还必须在低温下提供。另一方面，在机动车、所谓的电动车辆和混合动力车辆中，蓄电池用作车辆的驱动装置的能量源。该蓄电池也称作牵引蓄电池。
在任何情况下，都必须定期地或完全连续地监控车辆中的蓄电池的正常运行能力
Figure BSA00000810724200011
，以确保该机动车的安全运行。为此，将获取蓄电池的特征参数以及运行参数，例如端电压、温度、压力(尤其是蓄电池单元内压力)、电流、阻抗等。
应当注意，在构建用于混合动力和电动车辆的蓄能模块时，将直至100个或者更多的单个的蓄电池单元连接在一起并一起包装。此外，迄今为止，各个蓄电池单元仅测量电压。其他的诸如温度的特征参数仅在较少部分的蓄能模块的蓄电池单元中测量。理想地，在运行中应该至少单独地测量每个蓄电池单元的温度。然而，这将意味着极其高的布线开销。
WO 2009/149690A1公开了具有蓄电池单元的蓄电池和用于监控该电池的方法。在此，该电池包括多个串联的蓄电池单元组(Batteriezellenstapeln)，其中蓄电池单元组包括唯一的蓄电池单元或者能够由并联的蓄电池单元构成。传感器监控单个的蓄电池单元的充电状态。充电均衡装置(电池平衡)与所描述的蓄电池相关联，该充电均衡装置具有单个的蓄电池单元所允许的充电状态的目标值表格。充电均衡装置将根据该充电状态改变充电状态。当达到单个的蓄电池单元的充电状态的目标值时，中断该蓄电池单元的充电均衡。在每个蓄电池单元处均设置有充电均衡导线的分接头(Abgriff)，其中该充电均衡导线结合在一个电线束中并引向所设计的蓄电池单元监控模块，该蓄电池单元监控模块在其上包括传感器和蓄电池单元监控电路，其中该些蓄电池单元监控的部件共同设置在充电均衡装置中，在空间上与该蓄电池单元分开。
发明内容
鉴于此背景提供了一种根据权利要求1所述的用于监控蓄电池的方法和一种具有权利要求9的特征的蓄电池。由从属权利要求和说明书中得出其他的设计方案。
因此，所提出的方法用于获取例如在蓄能器模块中的参数，诸如测量参数或特征参数或物理参数，尤其是针对混合动力或电动车辆的蓄能器模块中的蓄电池单元温度测量。以这样方式使得在无需单独的布线的情况下也能够获取包括多个蓄电池单元的模块中的诸如蓄电池单元温度的单个的参数。这节约了成本且因此使得迄今为止由于成本考虑未曾执行的单个蓄电池单元的温度测量成为可能。
在此，所述蓄电池单元中的至少两个蓄电池单元分别设置有与其接触的至少一个电子单元，以获取参数。这意味着：在该设计方案中与每个蓄电池单元接触地设置有一个电子单元。替代地能够如此地设计，即与蓄电池的每个模块中的各自的一个蓄电池单元接触地设置有一个电子单元。那么所述模块的数量将与所述电子单元的数量相符。在该设计方案中所述模块中的每个能够与至少一个电子单元相关联。与蓄电池单元接触地设置意味着所述电子单元设置在所关联的蓄电池单元中或通常直接地设置在所关联的蓄电池单元上。
所述电子单元分别获取与所述电子单元相关联的所述蓄电池单元的至少一个参数。这意味着：每个电子单元唯一地获取所关联的蓄电池单元的参数。因此，所获取的参数中的每个唯一地给出所关联的蓄电池单元的状态的信息。
在一个特别的实施例中，在每个蓄电池单元中或上或者在每个蓄电池单元附近设置电子单元，例如是微芯片，尤其是CMOS芯片，尤其是具有热振荡器的CMOS芯片，以测量所述参数，尤其是测量温度。在该设计方案中，这些仅仅连接至所述蓄电池单元已经现有的电源端子(极)上，以获得能量。所述振荡器的频率尤其取决于所述温度。所述振荡器还将所述温度转换为与之相称的频率。在所有蓄电池单元的温度相同的情况下，所有振荡器以相同的频率振荡。
通过将与温度相关的频率或者(可变的或可切换的)与电压相关的频率或者固定频率与所述供电线路上的温度和/或电压测量参数的调制(Aufmodulation)相耦合将所述测量参数传输至中央的控制器。为了区分不同的电子单元，与测量参数相关的频率将与唯一的标识或ID相关联，例如调制。该ID能够例如由所述蓄电池单元或所关联的单元的序列号或者在最终测量时所标记(eingebrannt)的8位的字组成。在所述控制器中例如通过傅立叶分析来分离和评估所述测量信号。
所述温度信息的传送例如通过将该振荡通过每个电子单元容性地或感性地耦合至整个电源上来实现。与所述电子单元接在相同的电源上的、且与其通信的中央接收器(微芯片)通过例如蓄能器组的母线(Stromschienen)解耦出该振荡，分析该振荡并将测量参数例如通过标准传感器接口传递至所述控制器。替代地，所述接收器也能够直接设置在诸如所述蓄电池的控制器中或者是集成的。
在该实施例中，通过具有后续的傅立叶分析的A/D转换器来进行所述评估。因为所有的振荡可能重叠且关联是不可能的，所以每个电子单元设计有自己的ID，例如是最终测量时所标记的8位的字。该ID将由所述电子单元调制到所述振荡频率上。由此在低频时产生了差频，所述差频既与所述ID也与所述与温度相关的载频相关。这使得测量参数能够单值地关联至电子单元。仅需确定频率，幅度没有任何影响。由此，所述方法是不易受干扰的。
在一个替代的实施例中，借助于将传感器测量参数调制至固定频率并且在接收器中解调该信息来进行分析。该固定频率要么通过在电子单元中的石英参考(Quarzreferenz)确定，要么通过根据由接收器(例如控制器中的接收器)传输至电子单元的频率信号进行时钟恢复来确定，这样做尤其是在双向通信中是有利的。
替代地或附加地，该单独的电子单元也能够通过集成的电源或集成的能量采集装置(Harvester)来供电，且不必具有端子。然后，信号传输例如通过无线方式来进行。能量采集装置应理解为从诸如环境温度、振动等源获得少量的电能。
替代或附加于该温度测量，还能够测量其他的特征参数或测量参数，例如蓄电池单元内压力、蓄电池单元电压、蓄电池单元电流、蓄电池单元阻抗等等，且将其调制到振荡上。
本发明至少在几个实施例中具有以下显著的优点：
在蓄能器组中能够在无需额外的布线的情况下进行100个或者更多的每个蓄电池单元温度的单独测量。这带来了显著的成本节约。
热振荡器存在非常小的系列偏差。由此无需调整。仅需在频带电子地(无需受控的温度且无需测量)标记不同的ID。这同样带来了显著的成本节约。因为不必使用复杂的传输协议，而仅将振荡耦合，所以所述电子单元小且成本低。
无需为所述电子单元的端子通过所述蓄电池单元引线。由此带来了成本的节约以及提高了的可靠性。
所介绍的方法和所示出的测量装置基本上可用于所有的应用，在这些应用中必须在运行中测量许多特征参数(例如温度)，且单独的布线将造成高成本。在电动车辆的蓄电池中使用是特别有利的。
当所述电子单元仅测量温度时，仍能够在模块控制装置中测量所述蓄电池单元电压。倘若所述电子单元还执行其他的参数的测量，那么能够省掉该模块中的控制装置，且仅需为每个蓄电池构造控制装置。
所述电子单元的另一个可选的功能能够是所谓的电池平衡。在此能够通过集成在所述电子单元中的晶体管和电阻提取所述蓄电池的限定的放电电流。这能够通过控制装置的双向通信解决或者通过所述电子单元自身解决。那么则双向通信不是必须的。
所述电子单元能够具有待机模式，在该模式下，电力消耗下降且能够通过控制装置的双向通信调整为该状态，或者根据电力线上存在的来自电机和/或逆变器的干扰独立地识别机动车的运行状态。
其他的测量参数(电压、温度、电流、压力)能够转换为频率且通过耦合至所述母线或供电线路传输(多个参数通过交替的传输)至所述控制装置，或者作为数字值与所述电子单元的ID一起额外地调制至振荡上。
能够与所述电子单元与所述控制装置的通信相似地实现可选的双向通信，其中，所述用一个命令调制由所述电子单元发出的频率且重新发送回所述电子单元。所述通信基本上能够双向地或者单向地进行。所述在蓄电池中设计的母线基本上能够用作通信路径。所述母线相应地不仅用于供电还用作通信路径。
由说明书和附图中得出本发明的其他的优点和设计方案。
应当理解：在不背离本发明的范围的情况下，上述的以及接下来还将阐述的特征不仅仅能够以各自给出的结合方式使用，还能够以其他的结合方式或独自地使用。
附图说明
图1示出了所描述的蓄电池的一个实施例；
图2示出了所描述的传输方法的一个实施例的示意图；以及
图3示出了具有分布式的控制系统的蓄电池组的结构示意图。
具体实施方式
根据附图中示意性地示出的实施例示出了本发明且接下来结合附图详细地描述本发明。
在图1中示出了蓄电池的一个实施例的示意图，其总体上以附图标记10标记。在该蓄电池中设置了多个蓄电池单元，在这多个蓄电池单元中，为了清楚起见，仅示出了第一蓄电池单元12、第二蓄电池单元14和第三蓄电池单元16。此外在蓄电池10中设计有控制装置20，在该控制装置中还设置有中央接收器22。
为了提供由蓄电池单元12、14和16所转换的电能，将母线24和26设计为供电线路，母线向蓄电池10的端口28提供电能。为此，母线24和26分别与蓄电池单元12、14和16连接。此外，控制装置20通过母线24和26与蓄电池单元12、14和16相连接，从而使得该控制装置20能够测量蓄电池的总电压，且可选地有电能供应。
此外，在蓄电池单元12、14和16的每个中分别设置一个电子单元30，该电子单元例如被构造为传感器且用于获取与所关联的蓄电池单元12、14和16的至少一个参数或特征参数。该电子单元30，其例如能够分别实现在ASIC中，同样通过母线24和26供电且将所获取的特征参数或测量参数或所获取的参数通过母线24和26传递至控制装置20中的中央接收器22。该参数能够通过载频传输。通过由电子单元30所提供的振荡的感性耦合来实现所述参数的传递。
在所示出的实施例中，中央接收器22实现在控制装置20中，替代地，中央接收器22也能够设置在控制装置之外且与该控制装置或也能够与多个控制装置相关联。此外，在所示出的实施例中，电子单元30与母线24、26相连接，以获取电源且传递所获取的数据。替代地，电子单元30也能够分别具有自己的电源。在这种情况下，所获取的数据也能够无线地，例如通过无线电传递至中央接收器22。在任何情况下，该至少一个电子单元30与中央接收器通信。
此外应当注意，在图1中所示出的实施例中，电子单元30分别设置在相关联的蓄电池单元12、14和16之中。替代地，电子单元30能够设置在所关联的蓄电池单元12、14和16上或旁边。在任何情况下，电子单元30与所关联的蓄电池单元12、14或16接触。在一个实施例中，对于一些蓄电池单元12、14和16，所关联的电子单元设置在所关联的蓄电池单元12、14或16中，且在其他的蓄电池单元12、14或16中设置在所关联的蓄电池单元12、14或16上。该装置的选择也能够根据所获取的特征参数作出。
蓄电池单元12、14和16在图1所示出的实施例中串联设置。在替代的实施例中，蓄电池单元12、14和16相互并联设置。
图2描述了可能的传输方法的示意图。在该图中，横坐标31为频率，且纵坐标32为傅立叶分析的幅度。第一长条34与第一电子单元相关联，且第二长条36与第二电子单元相关联。第一双箭头38示出了由温度引起的变化，且由此示出了由该电子单元所提供的信号的温度相关性。第二双箭头40示出了由电子单元的不同的ID引起的变化。该图示出：此两个长条34和36在共同的温度区域不会重叠，且因此长条总能单值地关联至相应的电子单元，且因此频率信息也是一样的。
振荡括号42说明了ID和载频的差频。第三长条44示出了振荡的频谱，其与温度和载频有关。在此应该注意：当所有的蓄电池单元的温度一样时，电子单元的所有信号相互重叠。这能够通过中央接收器中的低通滤波器过滤掉。
图3示出了具有分布式的控制系统的蓄电池组的结构示意图。该图示出了第一控制装置50、第二控制装置52、第三控制装置54和第四控制装置56。控制装置50、52、54和56相互连接。这些控制装置50、52、54和56中的每个与一个模块相关联，该模块例如含有多个蓄电池单元。所有的模块共同构成了该蓄电池。
此外，该图示出了中央控制装置58，其与第四控制装置56相连接。以这样的方式，中央控制装置58从控制装置50、52、54和56接收信息和数据。这个装置示出了所谓的“分布式系统”或“菊花链(Dasy Chain)”。
在一个替代的实施例中，中央控制装置58也能够直接与所有的控制装置50、52、54和56相连接。

Claims (16)

1.一种用于监控蓄电池(10)的方法，所述蓄电池包括一定数量的蓄电池单元(12、14、16)，其中所述蓄电池单元(12、14、16)中的至少两个蓄电池单元分别设置有与其接触的至少一个电子单元(30)，以获取所述蓄电池单元(12、14、16)的参数，所述电子单元(30)与中央接收器(22)通信，其中所述至少两个电子单元(30)获取至少一个参数并将其传递至所述中央接收器(22)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电子单元(30)中的至少一个获取温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电子单元(30)中的至少一个获取其他的可预定的测量参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，为了获取温度和/或其他的测量参数使用振荡器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，用载频传输所述参数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过由所述电子单元(30)所提供的振荡的感性耦合来实现所述参数的传递。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述至少一个获取的参数在其被传递至所述中央接收器(22)之前与ID建立联系。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，借助于傅立叶分析来实现所传递的参数的评估。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述蓄电池(10)的母线(24、26)用于传递所述参数。
10.一种具有一定数量的蓄电池单元(12、14、16)的蓄电池，其中，所述蓄电池单元(12、14、16)中的至少两个蓄电池单元分别设置有与其接触的至少一个电子单元(30)，以获取所述蓄电池单元(12、14、16)的参数，所述电子单元与中央接收器(22)通信。
11.根据权利要求10所述的蓄电池，其中，在所述蓄电池单元(12、14、16)中的至少两个内分别设置至少一个电子单元(30)。
12.根据权利要求10或11所述的蓄电池，其中，所述中央接收器(22)实现在所述蓄电池(10)的控制器(20、50、52、54、56)之中。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的蓄电池，其中，所述至少两个电子单元(30)通过所述蓄电池(10)的所述蓄电池单元(12、14、16)的母线(24、26)与所述中央接收器(22)相连接。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的蓄电池，其中，所述至少两个电子单元(30)具有自己的电源供应。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的蓄电池，其中，所述至少两个电子单元(30)中的至少一个被构造为执行充电均衡，尤其是电池平衡。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的蓄电池，其中，所述电子单元(30)包括具有振荡器的，尤其是热振荡器的微芯片。
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