电池单元监视制造技术

本发明专利技术涉及一种在用于监视和／或控制一组电池单元的系统中使用的信令系统。该组电池单元被串联连接，即一个电池单元的负极被连接到相邻电池单元的正极。一监视装置与每一电池单元相关联以监视该电池单元的特性（温度、电压、……）。每一监视装置由与其相关联的电池单元供电。监视装置监视单元的状态（例如，它测量该单元的正极端子与负极端子之间的电势差，但如果电池单元Ｃｉ是蓄电池，则它还测量该电池单元的温度、电解液的ｐＨ值等）并将关于该单元的状态的信息传送至其它监视装置。各监视装置是菊花链式连接的。由来自一个单元的监视装置发送的数据未穿越所述链中其它各装置就不能在这一装置与来自另一单元的监视装置之间被交换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池单元以及制造和操作电池单元的方法。本专利技术尤其涉及供 在用于监视和/或控制一组电池单元,例如一组蓄电池的系统中使用的信令系统 和方法。
技术介绍
本
中已知在一套串联连接的蓄电池或串联连接的成群蓄电池中 个体蓄电池元件或成群蓄电池元件的监视。US 6,891，352描述了一种用于控制串联连接的蓄电池模块的蓄电池设备， 该蓄电池设备用于电动车或混合电动车。所谓的较低阶控制装置控制具有多个 串联连接的蓄电池单元的蓄电池模块。数据在较低阶控制装置与向这些较低阶 控制装置给出指令的所谓高阶控制装置之间被交换。较低阶控制装置从其监视的蓄电池模块汲取电力。数据通过菊花链从高阶 控制装置传送至任何较低阶控制装置第一个较低阶控制装置通过光绝缘体 (又称为光电耦合器或光隔离器)从高阶控制装置接收数据。所接收的消息可 以被中继至第二个较低阶控制装置而无需使用光绝缘体，该第二个较低阶控制 装置进而可将该消息中继至第三个较低阶控制装置，以此类推。各较低阶控制 装置在不同的电压上工作，当从一个较低阶控制装置向另一个较低阶控制装置 传送数据时可能会出现问题。为了在不使用光绝缘体来将两个连续的较低阶控 制装置绝缘的情况下克服该问题，在US 6,891,352中用于连接两个相邻的较低 阶控制装置的配置依靠在所述两个相邻的较低阶控制装置之间建立电流回路。 在US 6,891,352的图1上可见的菊花链式连接上，通信从最上面的低阶控制装 置1C-1向最下面的低阶控制装置IC-3进行。装置IC-1将电流从VDD供给至 输出Out-l。装置IC-2将在其输入IC-1处接收此电流。输出Out-l处的电压摆动是由装置IC-1中的组件和装置IC-1中的组件定义的。这两个不同装置之间 的组件的匹配将决定信号振幅。用作保护的二极管起到整流器的作用，并影响装置的EMC性能。这类实现在严酷的机动车环境中是所不合需求的。在蓄电池监视系统中，每一蓄电池模块经历相同的电负载是很重要的。为 每一蓄电池模块保持相同的条件以使得没有哪个蓄电池模块将比其它蓄电池 模块放电更快是很重要的。在US 6,891,352专利中并非如此。实际上，为控制 装置IC-1供电的最上面的蓄电池模块(VB1、 VB2、 VB3、 VB4)具有光电耦合 器F1、 F2、 F3及相关联的上拉电阻器RF1、 RF2、 RF3的形式的额外负载。 蓄电池模块(VB5、 VB6、 VB7、 VB8)仅由控制装置IC-2加负载，而最下面 的电池模块(VB9、 VBIO、 VBll、 VB12)由控制装置IC-3以及由光电耦合器 F4、 F5、 F6加负载。这一问题将由本专利技术解决。WO 00/05596描述一种用于监视多个串联连接的蓄电池单元的蓄电池监 视设备。该蓄电池监视设备包括中央蓄电池监视系统，用于将各串联连接的 蓄电池单元作为整体监视；多个单元监视装置，用于监视一个或多个蓄电池单 元；以及通信链路，用于将以菊花链配置中的单元监视装置连接至中央蓄电池 监视系统。如在US 6,891,352中，每一个所述单元监视装置由其监视的蓄电池 单元供电，并且因此两个监视装置通常将在不同的电压上工作。令VCC1是第 一监视装置的正电源电压，且GND1是该第一监视装置的负电源电压。令VCC2 是与所述第一监视装置相邻的第二监视装置的正电压源，且GND2是该第二监视装置的负电源电压。这些监视装置的供电是堆叠式的，即 VCC1>GND1=VCC2>GND2。第一和第二监视装置在不同电压电平上工作。当 电压差变得重要时，不用光绝缘体要将消息从第一监视装置传送至第二监视装 置可能会变得不可能。为了不必使用光绝缘体(或是任何其它在确保流电绝缘 的同时允许数据传送的组件)，WO 00/05596提出使用电平移位器在两个相邻 的监视装置之间传送消息。对于下行链路消息，即由第一监视装置发送至在低 于第一监视装置的电势上工作的第二监视装置的消息，第一监视装置中的微控 制器控制MOSFET Q的栅极。P-MOSFET Q的源极被连接到VCC1 ，即第一监 视装置的最高电源电压，而P-MOSFET Q的漏极经由三个串联连接的电阻器Rl、 R2和R3连接到GND2，即第二监视装置的最低电源电压。Rl被直接连 接到P-MOSFET Q的漏极，R3被直接连接到GND2，即第二监视装置的最低 电源电压，并且R2将R1连接到R3。跨电阻器R3的电压降由比较器COMP2 监视，该比较器将所述电压降与高于GND2但低于VCC2的基准电压VREF2 (GND2<VREF2<VCC2)相比较。在操作中，当第一监视装置中的微控制器 在P-MOSFET Q的栅极上输出0电压(栅极与源极之间0电压)，则不允许 电流从P-MOSFET Q的源电极流向漏电极，因此使VCC1与GND2之间的连 接开路。跨电阻器R3的电压降约为0伏特，并被施加于COMP2的第一输入 以与VREF2相比较。COMP2由VCC2和GND2供电。当第一监视装置中的微控制器在P-MOSFET Q的栅极上输出电压高(源 极和栅极之间高电压)时，P-MOSFET Q被接通且电流从VCC1通过电阻器 R1、R2和R3流向第二单元监视装置的接地GND2。由此，电压(VCC1 - GND2) x (R3) /(Rl+R2+R3)被施加于COMP2的第一输入以与VREF2相比较。如 果VREF2的值在当P-MOSFET Q被接通与关断时向比较器COM2的第一输入 施加的两个电压电平之间，则比较器COMP2的输出将是在第二监视装置的电 源电势GND2与VCC2之间的电压区间里变化的方波信号。因此，在向 P-MOSFET Q施加的信号的变化内编码的消息被从第一监视装置传送至第二 监视装置。我们看到在P-MOSFET Q的漏极处的电势将在约VCC1 (当MOSFET Q 接通时)与GND2 (当MOSFET Q关断时)之间变化。因此，MOSFET Q的 漏极和源极之间的电压差将在0与(VCC1 -GND2)之间变化。VCC1和GND2 之间的电势差将根据被监视的蓄电池的类型以及由每一监视装置监视的蓄电 池单元的数目而变化。它还将根据蓄电池元件的充电电平而变化。在实践应用 中，VCC1与GND2之间的电势差可以高于60伏特。在这些情形中，在同一 块硅基片上集成微控制器和MOSFET Q取决于可用的集成技术可能变得很难 或甚至于不可能。因此，特别限制MOSFET Q的漏电极与源电极之间的电压 差，并且一般化而言限制各监视装置之间的信息传送中所涉及的任何其它晶体 管的漏电极与源电极之间的电压差是有益的。我们还看到，如果由第一监视装置中的微控制器向MOSFTQ的栅极施加 的信号在GND1与VCC1之间变化，则MOSFET Q的栅电极与源电极之间的 电势差将至少等于V(GNDl)- V(GND2)。如果MOSFET Q是n型MOS且 V(GND1)- V(GND2)基本上高于MOSFET Q的阈值电压，则将不可能关断 MOSFET Q。电流将持续地流过MOSFET Q以及电阻器Rl、 R2和R3。因为 在任何给定技术中，MOSFET晶体管具有可以低于V(G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配合多个电池单元（Ｃｉ－１，Ｃｉ）使用的信令系统，每一单元具有不同的电源电压区间（Ｖ（Ｃｉ－），Ｖ（Ｃｉ＋））且每一单元具有其各自的信令装置（ＣＭｉ），并且籍此每一信令装置（ＣＭｉ）由相应的电池单元（Ｃｉ）供电，所述信令系统包括：　　　　至少第ｉ－１个和第ｉ个信令装置（ＣＭｉ－１、ＣＭｉ），　　　　通信链路（６），用于将来自所述第ｉ－１个信令装置（ＣＭｉ－１）的输出端子（４）的信号传送至所述第ｉ个信令装置（ＣＭｉ）的输入端子（３），　　　　所述通信链路包括导电连接；　　　　其特征在于：　　　　所述第ｉ－１个信令装置（ＣＭｉ－１）包括用于根据所要传送的信号改变所述输出端子（４）处的电势的装置（图６：Ｑｉ－１　　１６，Ｒａｉ－１　　１７），　　　　所述第ｉ个信令装置（ＣＭｉ）包括用于经由所述通信链路（６）和所述输出端子（３）感测所述装置ＣＭｉ－１的输出端子（４）的电势变化并用于输出根据所感测到的电势变化的信号（２８）的装置（比较器２７），并且　　　　所述第ｉ个信令装置（ＣＭｉ）还包括用于将第ｉ－１个信令装置的输出端子（４）处的电势的变化限制于所述第ｉ－１个信令装置的电源电压区间［Ｖ（Ｃｉ－１↑［－］），Ｖ（Ｃｉ－１↑［＋］）］的装置。...

【技术特征摘要】
GB 2006-12-13 0624858.71.一种配合多个电池单元(Ci-1，Ci)使用的信令系统，每一单元具有不同的电源电压区间(V(Ci-)，V(Ci+))且每一单元具有其各自的信令装置(CMi)，并且籍此每一信令装置(CMi)由相应的电池单元(Ci)供电，所述信令系统包括至少第i-1个和第i个信令装置(CMi-1、CMi)，通信链路(6)，用于将来自所述第i-1个信令装置(CMi-1)的输出端子(4)的信号传送至所述第i个信令装置(CMi)的输入端子(3)，所述通信链路包括导电连接；其特征在于所述第i-1个信令装置(CMi-1)包括用于根据所要传送的信号改变所述输出端子(4)处的电势的装置(图6Qi-116，Rai-1 17)，所述第i个信令装置(CMi)包括用于经由所述通信链路(6)和所述输出端子(3)感测所述装置CMi-1的输出端子(4)的电势变化并用于输出根据所感测到的电势变化的信号(28)的装置(比较器27)，并且所述第i个信令装置(CMi)还包括用于将第i-1个信令装置的输出端子(4)处的电势的变化限制于所述第i-1个信令装置的电源电压区间[V(Ci-1-)，V(Ci-1+)]的装置。2. 如权利要求1所述的信令系统，其特征在于，所述用于限制第i-l个信 令装置(CMi-l)的输出端子(4)处的电势变化的装置包括电阻器Rb，i(24)和电 流源Src,i(25)。3. 如权利要求1所述的信令系统，其特征在于，至少一个信令装置由电源 电压VCCi和本地接地电压GNDi供电，所述电源电压和所述接地电压是由 DC-DC电压转换器使用单元电压V(Ci+)和V(Ci-)生成的，或籍此至少一个信 令装置直接由其相应的单元电压V(Ci+)和V(Ci-)供电。4. 一种用于监视多个电池单元的系统，包括如以上权利要求中任何一项所 述的信令系统。5. 如权利要求4所述的用于监视多个电池单元的系统，其特征在于，包括:中央监视装置(29)和一系列分散的监视装置，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：G万登萨德，B吉恩廷，F劳拉内特，
申请(专利权)人：AMI半导体比利时有限公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]