监测单元电压的处理系统、相关电池监测系统和电动车辆技术方案

本公开的各实施例涉及监测单元电压的处理系统、相关电池监测系统和电动车辆。一种实施例处理系统包括被配置为连接到可充电电池的单元以接收单元电压的端子、数字处理电路、串行通信接口以及将数字处理电路与串行通信接口进行接口连接以用于并行操作的传输队列。数字处理电路同步获取每个单元电压的给定数目的数字样本并且将它们存储到存储器。数字处理电路经由数据压缩模块对存储到存储器的数字样本进行编码，并且将编码数据存储到传输队列。例如，数据压缩模块可以通过从每个数字样本中减去给定偏移以生成指示每个样本相对于偏移的动态变化的值，并且从每个值中去除给定数目的最高有效位来生成编码数据。数目的最高有效位来生成编码数据。数目的最高有效位来生成编码数据。

【技术实现步骤摘要】
监测单元电压的处理系统、相关电池监测系统和电动车辆
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年7月20日提交的意大利申请第102020000017581号的权益，该申请通过引用并入本文。


[0003]本说明书的实施例涉及一种用于包括多个单元(诸如锂离子单元)的高压可充电电池的监测和/或管理系统。

技术介绍

[0004]图1示出了典型的电子系统，诸如车辆的电子系统，该电子系统包括多个处理系统10，诸如嵌入式系统或集成电路，例如，现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或微控制器(例如，专用于汽车市场)。
[0005]例如，在图1中，示出了通过合适的通信系统20而连接的三个处理系统101、102和103。
[0006]例如，对于电动车辆，通信系统20可以包括车辆控制总线，诸如控制器局域网(CAN)总线，并且可能包括经由网关而连接到车辆控制总线的多媒体总线，诸如面向媒体的系统传输(MOST)总线。通常，处理系统10位于车辆的不同位置处并且可以包括例如引擎控制单元(ECU)、变速器控制单元(TCU)、防抱死制动系统(ABS)、车身控制模块(BCM)以及/或者导航和/或多媒体音频系统。
[0007]对于电动车辆，包括全电动、插电式混合动力和非插电式混合动力车辆，诸如电动汽车、卡车、摩托车、自行车、踏板车等，该车辆还包括可充电电池30以及实现电池管理系统40的处理系统10。
[0008]例如，图2示出了电池管理系统40的示例，该电池管理系统40被配置为监测可充电电池30，诸如锂离子(Li
‑
Ion)电池。如上所述，这样的电池管理系统40可以用在电动车辆中。然而，电池管理系统40还可以用于其他能量存储应用，诸如用于家庭能量存储。
[0009]具体地，在所考虑的示例中，可充电电池30包括串联连接的多个单元C。例如，这样的单元C通常以单元组的形式组织，例如，以电池模块的形式，其中每个单元组通常包括相同数目n个单元。例如，在图2中，单元被组织成m组，其中每组包括n个单元，即，电池30包括第一单元组C
1,1
..C
1,n
、最后单元组C
m,1
..C
m,n
和可选的一个或多个中间单元组，其中单元组C
1,1
..C
1,n
到C
m,1
..C
m,n
串联连接。
[0010]通常，这样的电池管理系统40包括用于到电池30(特别是第一单元C
1,1
和最后的单元C
m,n
)的连接的两个端子400和402、以及用于到负载和充电电路的连接的两个端子404和406。通常，负载和充电电路包括开关电路，例如，以被配置为从至少一个电源接收能量并且向电负载提供能量的电(通常是电子)转换器/逆变器的形式。例如，在电动车辆中，端子404和406可以经由电源控制器连接到车辆的电力牵引电机。相反，在家庭储能应用中，端子404和406可以连接到逆变器，该逆变器被配置为：
[0011]从市电/电网或本地发电机(诸如一个或多个光伏电池板)接收能量，以及
[0012]为家庭环境中的负载或电网提供能量。
[0013]在图2中，电池管理系统40包括被配置为监测和/或控制电池30的一个或多个参数的数字处理系统42。
[0014]例如，图3示出了示例性数字处理系统42(诸如微控制器)的框图。在所考虑的示例中，处理系统42包括经由软件指令进行编程的至少一个数字处理电路422，诸如微处理器，通常是中央处理单元(CPU)。通常，由处理单元422执行的软件被存储在程序存储器424中，诸如非易失性存储器，诸如闪存或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。通常，存储器424可以与处理单元422被集成在单个集成电路中，或者存储器424可以采用单独集成电路的形式并且例如经由印刷电路板的迹线连接到处理单元422。因此，通常，存储器424包含用于处理单元422的固件，其中术语固件包括微处理器的软件和诸如FPGA等可编程逻辑电路的编程数据。
[0015]在所考虑的示例中，处理单元422可以具有相关联的一个或多个资源426，诸如：
[0016]一个或多个通信接口，诸如通用异步接收器/传输器(UART)、串行外围接口总线(SPI)、内部集成电路(I2C)、控制器局域网(CAN)总线、以太网和/或调试接口；和/或
[0017]一个或多个模数和/或数模转换器；和/或
[0018]一个或多个专用数字部件，诸如硬件定时器和/或计数器、或者密码协处理器；和/或
[0019]一个或多个模拟部件，诸如比较器、传感器，诸如温度传感器等；和/或
[0020]一个或多个混合信号部件，诸如PWM(脉宽调制)驱动器。
[0021]例如，通过使用资源426并且经由数字处理电路422的适当编程，电池管理系统40可以被配置为管理以下功能中的一项或多项：
[0022]与电子系统的其他处理系统10进行数据交换，例如，经由通信信道20；
[0023]驱动一个或多个电气或电子开关410和412以选择性地将电池30连接到端子404和406，例如，基于车辆状态(驾驶、停车、充电等)；
[0024]驱动和/或监测热熔丝414，例如，热熔丝414在发生事故、隔离破坏或其他故障的情况下提供电池30的紧急切断；以及
[0025]监测流经电池30的电流，例如，经由电流传感器418(诸如分流电阻器或霍尔传感器)以及可选的电流传感器电路416，电流传感器电路416已经执行由电流传感器418提供的信号的预处理，例如，以确定所测量的电流是否超过给定阈值。
[0026]此外，如果可充电电池30包括多个单元，诸如高压锂离子电池，则电池管理系统40通常被配置为：
[0027]监测电池30的个体单元C处的电压；以及
[0028]可选地，监测电池30的个体单元C或单元组的温度；以及
[0029]可选地，平衡电池的个体单元C的充电水平。
[0030]例如，如图2所示，这些电池管理功能通常不直接在数字处理电路/系统42中实现，而是在附加处理电路/系统441..44
m
中实现，其中每个处理系统44针对相应组单元执行上述操作，例如，处理系统441管理单元C
1,1
..C
1,n
并且处理系统44
m
管理单元C
m,1
..C
m,n
。
[0031]在所考虑的示例中，诸如集成电路等附加处理系统44然后经由合适的通信信道48
连接到数字处理系统42。例如，数字处理系统42可以被配置为从各种处理电路44接收所测量的单元电压。
[0032]例如，图4示出了一个已知解决方案。在所考虑的示例中，处理系统44(例如，来自STMicroelectron本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理系统，被配置为监测可充电电池的给定数目的单元的给定数目的单元电压，其中所述处理系统包括：端子，被配置为连接到所述单元，以便接收给定数目的所述单元电压；至少一个模数转换器，被配置为生成给定数目的所述单元电压的数字样本，每个数字样本具有给定数目的位；传输队列；数字处理电路，包括数据压缩模块，其中所述数字处理电路被配置为多次执行以下步骤：同步地获取给定数目的所述单元电压中的每个单元电压的所述数字样本中的给定数目的数字样本；将所获取的数字样本存储在存储器中；经由串行通信接口接收给定偏移；通过所述数据压缩模块使用动态范围缩减操作对存储在所述存储器中的给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本进行编码，从而生成编码数据，所述动态范围缩减操作包括：从给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本中的每个数字样本中减去所述给定偏移，从而生成指示每个样本相对于所述偏移的动态变化的值，以及从指示每个样本相对于所述偏移的所述动态变化的所述值中的每个值中去除给定数目的最高有效位；以及将所述编码数据存储在所述传输队列中；以及所述串行通信接口，被配置为在所述数字处理电路获取新数字样本时依次传输存储在所述传输队列中的所述编码数据。2.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述数字处理电路被配置为经由所述串行通信接口接收给定数目的所述最高有效位。3.根据权利要求1的处理系统，其中所述数据压缩模块被配置为通过以下方式生成所述编码数据：从指示每个样本相对于所述偏移的所述动态变化的所述值中的每个值中去除给定数目的最低有效位；其中所述数字处理电路被配置为经由所述串行通信接口接收给定数目的所述最低有效位。4.根据权利要求1的处理系统，其中所述数据压缩模块被配置为：确定给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本中的每个数字样本是否在最小阈值与最大阈值之间，如果一个或多个数字样本不在所述最小阈值与所述最大阈值之间，则：存储所述数字样本中的、不在所述最小阈值与所述最大阈值之间的所述一个或多个数字样本的值，将标识所述数字样本中的一个或多个数字样本不在所述最小阈值与所述最大阈值之间的另外的数据存储到所述编码数据，经由所述串行通信接口接收重传请求，以及
响应于所述重传请求，经由所述串行通信接口传输所述数字样本中的、不在所述最小阈值与所述最大阈值之间的所述一个或多个数字样本的所述值中的至少一个值。5.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述数据压缩模块被配置为支持多个编码模式，其中所述数据压缩模块被配置为根据选择的编码模式生成所述编码数据，并且其中所述数字处理电路被配置为经由所述串行通信接口接收所选择的编码模式。6.根据权利要求5所述的处理系统，其中除了所述动态范围缩减操作，所述编码模式还包括以下各项中的至少一项：增量编码模式，其中所述数据压缩模块被配置为生成所述数字样本相对于一个或多个参考值的增量编码值；或者2D离散傅立叶变换模式，其中所述数据压缩模块被配置为将2D离散傅立叶变换模式应用于给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本。7.根据权利要求6所述的处理系统，其中所述数据压缩模块被配置为通过以下各项中的至少一项来生成给定单元电压的所述增量编码值：选择所述给定单元电压的给定数目的所述数字样本中的第一数字样本作为参考值，并且通过计算所述给定单元电压的每个后续数字样本相对于所述参考值的差来生成所述增量编码值；或者选择所述给定单元电压的给定数目的所述数字样本中的第一数字样本作为参考值，并且通过计算所述给定单元电压的后续数字样本与所述给定单元电压的先前数字样本之间的差来生成所述增量编码值；或者根据所述数字样本确定参考曲线的值，并且通过计算所述给定单元电压的每个数字样本相对于所述参考曲线的所述值之间的差来生成所述增量编码值。8.根据权利要求6所述的处理系统，其中所述数据压缩模块被配置为接收标识值格式的数据并且通过以下方式根据标识所述值格式的所述数据生成所述增量编码值：使用线性值编码对所述增量编码值进行编码，或者使用尾数和指数对所述增量编码值进行编码。9.根据权利要求1的处理系统，其中所述处理系统包括：另外的传输队列；另外的串行通信接口，被配置为依次接收另外的数据并且将所述另外的数据存储在所述另外的传输队列中；以及多路复用器，被配置为将所述串行通信接口连接到所述传输队列或所述另外的传输队列，从而所述串行通信接口被配置为依次传输存储在所述传输队列中的所述编码数据或存储在所述另外的传输队列中的所述另外的数据。10.一种电池监测系统，包括：两个端子，被配置为连接到可充电电池；多个处理系统，所述处理系统中的每个处理系统被配置为监测所述可充电电池的给定数目的单元的给定数目的单元电压，其中所述处理系统中的每个处理系统包括：另外的端子，被配置为连接到所述单元，以便接收给定数目的所述单元电压；至少一个模数转换器，被配置为生成给定数目的所述单元电压的数字样本，每个数字样本具有给定数目的位；
传输队列；数字处理电路，包括数据压缩模块，其中所述数字处理电路被配置为多次执行以下步骤：同步地获取给定数目的所述单元电压中的每个单元电压的所述数字样本中的给定数目的数字样本；将所获取的数字样本存储在存储器中；经由串行通信接口接收给定偏移；通过所述数据压缩模块使用动态范围缩减操作对存储在所述存储器中的给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本进行编码，从而生成编码数据，所述动态范围缩减操作包括：从给定数目的所述单元电压的给定数目的所述数字样本中的每个数字样本中减去所述给定偏移，从而生成指示每个样本相对于所述偏移的动态变化的值，以及从指示每个样本相对于所述偏移的所述动态变化的所述值中的每个值中去除给定数目的最高有效位；以及将所述编码数据存储在所述传输队列中；以及所述串行通信接口，被配置为在所述数字处理电路获取新数字样本时依次传输存储在所述传输队列中的所述编码数据；以及另外的处理系统，被配置为从所述多个处理系统接收所述编码数据。11.根据权利要求10所述的电池监测系统，其中所述数字处理电路被配置为经由所述串行通信接口接收给定数目的所述最高有效位。12.根据权利要求10所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：意法半导体应用有限公司，
类型：发明
国别省市：