容错电子电池感测制造技术

电池感测系统获取由多个串联连接的电池单元组成的电池串的电池信息。该系统包括多个电池感测信道和包括控制单元的数字核心。每个电池感测信道被配置为获取串联连接的一组电池单元的端子间电压，以便包括电池串的至少一部分。在一些情况下，该电池感测系统是设置在单个集成电路封装中的片上系统。

Fault tolerant electronic battery sensing

【技术实现步骤摘要】
容错电子电池感测
本公开的
涉及电池系统，并且更具体地涉及电池系统中使用的传感器。
技术介绍
用于制造混合动力/电动车辆(xEV)或大容量能量存储系统(ESS)的大型锂离子电池系统由多个电池单元组成，这些电池单元组装在一起以形成电池模块或电池组(pack)。大型电池系统可包括许多个这样的电池模块或电池组。对大型电池系统进行适当的电和热管理是必要的。在电池系统工作期间，电池单元之间的电压、电流或温度差异可导致单元之间的电不平衡。这些不平衡会降低电池组的性能和寿命。因此，需要能够测量每个电池组中串联连接的各个单元的电压的感测装置。此外，并联连接的电池单元需要电流感测装置以防止损坏并识别有缺陷的单元。
技术实现思路
本文涉及电池感测系统。该系统被配置为获取由串联连接的多个电池单元组成的电池串的电池信息。该系统包括若干个部分，这些部分包括多个电池感测信道和包括控制单元的数字核心。每个电池感测信道被配置为获取串联连接的一组电池单元的端子间电压，以便包括电池串的至少一部分。在一些情况中，电池感测系统是设置在单个集成电路封装中的片上系统。在该电池感测系统中，每个感测信道包括电压感测前端电路，所述电压感测前端电路被配置为选择性地提供多个模拟电压测量值作为输出。每个感测信道的电压感测前端包括多个开关，所述多个开关被配置为选择性地将电压感测前端电连接到所述组中的所述多个电池单元中的所选择的电池单元的预定电池端子，用于测量端子间电池单元电压。由电压感测前端输出的模拟电压测量值对应于所述组中的所述多个电池单元中的单个电池单元的电压输出。每个感测信道还包括主模数转换器(ADC)和冗余模数转换器。每个主ADC和冗余ADC被配置为接收所述多个模拟电压测量值并且生成多个数字电压测量值。在本文描述的电池感测解决方案中，多个感测信道中的每个感测信道被配置为针对所述组中的所述多个电池单元中的每个电池单元读取端子间电压两次。这是通过相继地使用所述主ADC和所述冗余ADC完成的，以针对每个电池单元独立产生两个接连数字电压测量值。所述数字核心单元被配置为通过比较所述两个接连数字电压测量来验证每个电池单元的端子间电压测量值的可靠性。每个感测信道还包括信道电源管理单元(CPMU)。所述CPMU被配置为调节施加到所述电压感测前端电路以及所述主ADC和所述冗余ADC中每一个的电源电压。所述CPMU的输入电压是从所述组的顶部电池单元的电池端子获得的，并且具有电压输出，所述电压输出是所述组中的电池单元电压的总和。所述CPMU被配置为生成三个参考点DC电压，并且每个感测信道被配置为选择性地将所述三个参考点DC电压中的每一个施加到所述主ADC和所述冗余ADC的模拟输入。根据一个方面，所述控制单元被配置为如果对所述三个参考点电压中的任何一个的主ADC响应被确定为在预定的可接受范围之外，则识别所述主ADC中的错误状况。所述控制单元可被进一步配置为如果在所述主ADC中识别出错误状况，则将所述冗余ADC重新分配为所述主ADC。为了确保错误不在基准电压发生器中，所述三个参考点DC电压由第一和第二基准电压发生器冗余地产生。所述数字核心包括控制单元(例如微处理器或微控制器)，其被配置为监控来自每个所述感测信道的所述多个数字电压测量值。在信令接口处提供电容隔离，以便于所述数字核心与所述多个传感信道中的每个感测信道之间的数字数据传输。该电容隔离信令接口包括多个电容器，这些电容器在所述数字核心和所述多个感测信道中的每个感测信道之间提供电流隔离。所述数字核心基于这样的监控确定所述多个感测信道中的被识别出的错误感测信道中的感测系统错误的发生。所述多个感测信道中的识别出的错误感测信道可以与所述多个电池单元中的第一组相关联。根据一个方面，所述控制单元在这种情况下被配置为自动地将所述多个感测信道中的替代感测信道配置用于感测所述多个电池单元中的所述第一组，以代替所述多个感测信道中的所识别出的错误感测信道。所述电池感测系统还包括传感器电源管理单元(S-PMU)。所述S-PMU被配置为管理所述电池感测系统的上电序列，并且向所述数字核心提供稳压电源电压。根据一个方面，所述S-PMU将所述电池串的顶部电压(VTOP)作为输入电源。所述电池感测系统还可以包括串级感测信道。所述串级感测信道被有利地配置为从与所述电池串相关联的传感器信号中选择性地获取多个模拟传感器测量值。这些测量值可以包括例如所述多个电池单元的温度和所述电池串的单元电流。所述串级感测信道包括用于获取所述多个模拟传感器测量值的模拟电路和复用器。所述复用器选择性地将所述模拟传感器测量值传送到所述多个感测信道中的一个感测信道。这些模拟传感器测量值在所述感测信道中的第一感测信道的所述主ADC和所述冗余ADC中转换为数字格式。在本文公开的解决方案中，每个感测信道有利地包括信道-单元之和(Sum-of-Channel-Cell,SOCC)感测输入，所述SOCC感测输入可以选择性地耦合到所述主ADC和所述冗余ADC，以便于直接测量由所述组中串联连接的电池单元产生的电压的总和。所述感测信道被配置为将SOCC数字测量值传送到所述控制系统，并且所述控制系统被配置为比较所述SOCC数字测量值与基于所述多个数字电压测量值计算出的所述组的各个电池单元电压的总和。结果，如果所述SOCC数字测量值与计算出的总和相差预定量，则所述控制系统识别出将电池单元连接到所述感测信道的至少一个引线中的错误。附图说明通过参考以下附图来促进本公开，其中相同的附图标记在所有附图中表示相同的项目，并且其中：图1是大型电池系统中的电池传感器的概念性配置的框图；图2A-2B是常用的电池感测架构；图3是用于理解容错电池感测(FTBS)系统的基本架构的图；图4是用于理解用于某些辅助感测输入的模拟感测前端(ASF)的框图；图5A是用于理解图3的FTBS系统中的电源管理架构的图；图5B是用于理解流过图3的FTBS系统的电流的图；图6是用于理解图3的FTBS中的感测信道的示例性架构的框图；图7是用于理解在一个感测信道中存在错误状况的情况下可以如何使用冗余感测信道的框图；和图8是用于理解可以如何使用冗余感测信道来减轻感测信道中的错误状况的详细框图。具体实施方式容易理解，本文描述的和附图中示出的解决方案可以涉及各种不同配置。因此，如附图中所表示的以下更详细的描述并非旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种不同情况下的某些实施方式。虽然在附图中呈现了各个方面，但是除非特别指出，否则附图不一定按比例绘制。两个已知的国际工业安全标准包括：(1)IEC61508，标题为“电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全”，以及(2)ISO26262，标题为“道路车辆-功能安全”。IEC61508由国际电工委员会(IEC)出版并且作为基本功能安全标准提出，以确保任何类型的电子或电气系统的安全。ISO26262是国际标准化组织(ISO)提出的针对汽车电气/电子系统的I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池感测系统，其获取由多个串联连接的电池单元组成的电池串的电池信息，包括：/n多个感测信道，每个感测信道被配置为获取包括所述电池串的至少一部分的串联连接的一组多个电池单元的端子间电压，每个感测信道包括：/n电压感测前端电路，其被配置为选择性地提供多个模拟电压测量值作为输出，每个模拟电压测量值对应于该组中的多个电池单元中的单个电池单元的电压输出；/n主和冗余模数转换器ADC，每个被配置为接收所述多个模拟电压测量值并且产生多个数字电压测量值；/n信道电源管理单元CPMU，其被配置为调节施加到所述电压感测前端电路以及所述主ADC和所述冗余ADC中每一个的电源电压；和/n包括控制单元的数字核心，所述控制单元被配置为监控来自每个所述感测信道的所述多个数字电压测量值，并且基于所述监控确定所述多个感测信道中的被识别出的故障感测信道中的感测系统故障的发生。/n

【技术特征摘要】
20180719 US 16/040,1541.一种电池感测系统，其获取由多个串联连接的电池单元组成的电池串的电池信息，包括：
多个感测信道，每个感测信道被配置为获取包括所述电池串的至少一部分的串联连接的一组多个电池单元的端子间电压，每个感测信道包括：
电压感测前端电路，其被配置为选择性地提供多个模拟电压测量值作为输出，每个模拟电压测量值对应于该组中的多个电池单元中的单个电池单元的电压输出；
主和冗余模数转换器ADC，每个被配置为接收所述多个模拟电压测量值并且产生多个数字电压测量值；
信道电源管理单元CPMU，其被配置为调节施加到所述电压感测前端电路以及所述主ADC和所述冗余ADC中每一个的电源电压；和
包括控制单元的数字核心，所述控制单元被配置为监控来自每个所述感测信道的所述多个数字电压测量值，并且基于所述监控确定所述多个感测信道中的被识别出的故障感测信道中的感测系统故障的发生。


2.根据权利要求1所述的电池感测系统，其中所述多个感测信道中的故障感测信道与所述多个电池单元中的第一组相关联，并且所述控制单元被配置为自动地将所述多个感测信道中的替代感测信道配置用于感测所述多个电池单元中的所述第一组，以代替所述多个感测信道中的所述故障感测信道。


3.根据权利要求1所述的电池感测系统，还包括串级感测信道，所述串级感测信道被配置为从与所述电池串相关联的传感器信号中选择性地获取多个模拟传感器测量值，包括所述多个电池单元的温度和所述电池串的单元电流。


4.根据权利要求3所述的电池感测系统，其中所述串级感测信道包括用于获取所述多个模拟传感器测量值的模拟电路和用于选择性地将所述模拟传感器测量值传送到所述感测信道中的第一感测信道的复用器。


5.根据权利要求4所述的电池感测系统，其中所述模拟传感器测量值在所述感测信道中的所述第一感测信道的所述主ADC和所述冗余ADC中转换为数字格式。


6.根据权利要求1所述的电池感测系统，还包括传感器电源管理单元S-PMU，所述S-PMU被配置为管理所述电池感测系统的加电序列，并且向所述数字核心提供稳压电源电压，所述S-PMU被配置为将所述电池串的顶部电压VTOP作为输入电源。


7.根据权利要求1所述的电池感测系统，还包括电容隔离信令接口，所述电容隔离信令接口促进所述数字核心与所述多个感测信道中的每个感测信道之间的数字数据传输，所述电容隔离信令接口包括多个电容器，所述多个电容器被配置为在所述数字核心和所述多个感测信道中的每个感测信道之间提供电流隔离。


8.根据权利要求1所述的电池感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在植，安德鲁·M·肖恩，李寅燮，李玟揆，
申请(专利权)人：纳维达斯解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US