用于监控电池的方法
【专利摘要】介绍了一种用于监控电池(10)的方法、一种电池(10)和一种用于结合这种电池(10)执行该方法的装置(50)。电池(10)被分配有多个传感器(20、22、24)，其中所述传感器(20、22、24)经由数据线路(40)串行地彼此连接并且与控制设备(12)连接，其中所述传感器(20、22、24)中的至少一个分别将至少一个数据字发送到数据线路(40)上。
【专利说明】用于监控电池的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于监控电池的方法、一种被构造用于执行该方法的电池、以及一种应用于执行所介绍方法的这种电池中的装置。
【背景技术】
[0002]电池是多个通常相似的原电池的互连并且是电化学储能器和能量转换器，该能量转换器被设置用于输出电能。为此，在电池中将在放电时所存储的化学能通过电化学反应转换成电能。在此，电池的可并联或串联或混合连接的单元布置在所谓的模块中。这些串联或并联连接的模块的一个或多个形成电池。
[0003]在所提到的单元中，将不可重复充电的初级单元与可重复充电的二次单元区分开来。可重复充电的电池也称作带有蓄电池单元的蓄电池。在下文中，电池理解为不可重复充电的电池以及可重复充电的电池。
[0004]电池例如使用在机动车中用于为内燃机的起动器提供电流。这样的电池称作起动器电池并且例如构造为铅蓄电池。除了对起动器供电之外，电池也对车辆中的其他用电器供电。为了起动内燃机，需要短时高电流，所述短时高电流即使在低温情况下也必须予以提供。
[0005]在电动车辆中或在混合动力车辆中，电池也用作驱动车辆的能量源。这些电池也称作牵引电池。
[0006]在任何情况下都需要定期地或甚至连续地监控车辆中电池的可运转性以便确保机动车的安全运行。为此，记录电池的特征量或运行量，例如端电压、温度、压力、尤其单元内压、电流、阻抗等。
[0007]已知的是，为了监控和通信而在电池中使用传感器。此外已知的是，在电池内传感器信号经由为此设置的数据线路、例如典型地使用在机动车中的CAN总线来予以检测。
[0008]在出版物WO 2009/149690 Al中描述了一种具有电池单元的电池和一种用于监控电池的方法。所介绍的电池具有多个电池单元堆，其中电池单元堆具有唯一的电池单元或者可由并联连接的电池单元构建。传感器监控各个电池单元的充电状态。所描述的电池被分配有电荷补偿装置，该电荷补偿装置具有各个电池的所允许的充电状态的目标值表。根据充电状态，电荷补偿装置随充电状态而变化。
[0009]在达到各个电池单元的充电状态的目标值时，电池单元的电荷补偿被中断。在每个电池单元上布置有电荷补偿线路的抽头，其中电荷补偿装置汇合在线缆室中并且被输送给所设置的电池监控模块，所述电池监控模块本身具有传感器和单元监控电路，其中单元监控的这些组件一起在电荷补偿装置中在空间上与电池单元分离地布置。
【发明内容】
[0010]在此背景下，介绍了一种根据权利要求1所述的用于监控电池的方法、一种具有权利要求9的特征的电池和一种根据权利要求12的使用在这种电池中的装置。扩展方案从从属权利要求和说明书中得到。
[0011]利用所介绍的方法可以在电池单元上的电池传感器之间执行通信以及执行至中央控制设备的通信。
[0012]目前为止已知了将传感器系统中的电池传感器安置或引入到混合动力车辆和电动车辆的电池单元上或其中。典型的是100个或更多的单元，其中每个单元都可以设置有电池传感器。在这些传感器与中央控制设备之间必须单向或双向地交换测量数据和控制指令。
[0013]现在描述串行通信在各个传感器之间的应用。在扩展方案中，每个传感器将其数据或数据字传送给下一个传感器，该下一个传感器添加其数据并且将总数据包转发到下一个传感器。控制设备连接在链的端部上并且获得具有所有传感器的数据的总数据包。因此，每个传感器将与其关联的数据字提供到数据线路上。所有数据字彼此相接地形成总数据包。在另一个方向上，可选地可以在链中设置从控制设备到第一传感器的反向通道。随后，数据和/或控制信号同样遍历该链，直至其被所有传感器接收。这些传感器可以位于单元之外或单元之内。在后述情况下，需要实施两个附加的导线。如果设置反向通道，则数据字或总数据包可以“循环”并且也可以又被各自的传感器重写。
[0014]在所介绍的方法中规定，至少一个传感器分别将至少一个数据字提供到数据线路上。在此，数据字可以彼此相接成总数据包并且总数据包经由数据线路发送给控制设备。
[0015]在一种实施中，第一数据字从传感器经由数据线路被发送至下一个传感器，由该下一个传感器将另一数据字附接于第一数据字，并且这一直这样执行，直至包含所有传感器的数据字的总数据包到达控制设备。
[0016]如果事先已知要由控制设备接收的数据包多大，则替换地可以规定，第一数据字被从传感器提供到数据线路上并且将第一数据字传送至控制设备，并且在预定的时长之后下一个传感器将第二数据字提供到数据线路上。在该情况下，第一传感器例如可以发送具有例如8比特内容的“标准”RS232数据包并且随后设置停顿，例如200X对于传送至控制设备所需要的时长。下一个或第二传感器于是将其数据字附于其后，依此类推。随后，控制设备例如获得一百个8比特的数据包，控制设备可以利用常用的RS232接收器(UART)先后接收这些数据包。
[0017]所介绍的方法至少在这些实施的一些中具有主要优点:
[0018]1.所介绍的方法为成本有利的措施，因为每个传感器仅仅需要两个端子并且在传感器之间仅仅需要一个单线连接。
[0019]2.每个传感器仅相对于其紧邻传感器设有电压差，即正四伏或负四伏，这与所有单元的在并联连接情况下存在的完整总电压(?400V)相反利用标准CMOS技术简单地实现。
[0020]3.串行连接使各个单元的识别容易，可简单确定电池传感器例如是否在链中的第35部位处。
[0021]4.只须传输唯一的比特来警告不期望的运行状态，例如达到充电结束电压。每个传感器进一步传输先前传感器的“0K”信号或如果其自己的状态临界则转变为“非0K”信号。
[0022]所描述的方法可用于所有其中必须测量运行中的特征量例如温度的应用。特别合适的是该方法在机动车中、尤其电动车辆中的电池情况下使用。
[0023]除了温度之外例如还可以测量单元电压。然后可以在所连接的控制设备中进行分析。可被支持的另一可能的功能是所谓的电池平衡。
[0024]记录测量量的传感器可以与关联的电池模块或电池单元接触，即传感器布置在模块或单元上或者其中。在此，可以向每个模块或者每个单元分配传感器。传感器于是可以提供至少一个测量量和/或关于关联的模块或者关联的单元的状态的信息，例如“0K”和“非OK ”。
[0025]本发明的其他优点和扩展从说明书和所附的附图中得到。
[0026]应理解的是，前面所提及的和下面还要阐述的特征不仅可以以分别说明的组合而且可以以其他组合或者可以单独地应用，而不离开本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1以示意图示出了所描述的电池的一种实施。
[0028]图2以流程图示出了所描述的方法的一种实施方式。
【具体实施方式】
[0029]借助附图中的实施方式示意性地示出了本发明并且以下参照附图详细地描述本发明。
[0030]在图1中反映了所介绍的电池的实施，该电池总的用附图标记10表示。该示图示出了控制设备12、第一单元14、第二单元16和第三单元18。在该示图中，出于一目了然的原因仅示出了三个单元14、16和18，当然也可以布置更多个单元14、16、18，它们又可以分组成数个模块。各个单元又可以包括一定数量的原电池。
[0031 ] 向第一单元14分配第一传感器20，向第二单元16分配第二传感器22和向第三单元18分配第三传感器24。在该实施中，每个单元14、16和18恰好被分配一个传感器20、22或24。但也可以考虑其他实施，其中传感器20、22、24仅被分配给单元14、16、18中的几个、原电池、模块和模块中的仅仅一些。单元14、16、18在该实施中串联连接并且又可以包括原电池的并联电路和/或串联电路。
[0032]此外，该示图示出了两个电流轨30和32，单元14、16和18经由这些电流轨连接并且经由这些电流轨也可以为传感器20、22和24供电。传感器20、22、24也可以分别由关联的单元14、16、18或通过专用的供电线路供电。此外，示出了串行数据线路40，传感器20、22和24经由该数据线路串行或串联地连接。控制设备12连接在该串行连接的端部上。传感器20、22和24经由串行传感器接口 36与串行数据线路40连接。为了进一步阐明，该示图还示出了可选的反向通道42和至接下来的单元的连接44，所述连接在该示图中未示出。
[0033]串行数据线路40、传感器接口 36、传感器20、22和24和控制设备12为装置50，该装置能够实现在各个单元14、16和18之间的串行通信。为此，每个传感器20、22和24可以将数据字传送到下一个传感器20、22和24。该下一个传感器然后将其数据字添加到被传输的数据包并且将该数据包转发给下一个传感器20、22和24。在链的端部处的控制设备12获得关于所有传感器20、22和24或单元14、16和18的信息。可选地设置的从控制设备12到第一传感器20并从该第一传感器继续的反向通道42可以用于将数据、例如控制信号或配置文件发送给传感器20、22和24。
[0034]在图2中以流程图介绍了该方法的一种可能的实施，原则上能够实现在电池中的传感器之间或在电池的部件(例如单元或模块)之间的通信并且因此可以用于监控电池。
[0035]在第一步骤70中，第一传感器提供测量值，该测量值由关联的单元检测并且经由串行传感器接口在串行数据线路上提供关于运行状态以及必要时关于该单元的可运转性的消息。该测量值或代表该测量值的数据字经由串行数据线路在另一步骤72中发送给另一串行布置的传感器，该传感器又在另一步骤74中给所接收的数据包添加对应的数据字。
[0036]该过程一直重复，直至所有串行地经由数据线路连接的传感器将数据添加或附加到该数据包。最后，整个数据包或者总数据包在步骤76中被提供给作为串中的最后部件的控制设备，该控制设备在最后的步骤78中分析总数据包并且在此可以将包含在该数据包中的数据准确地分配给串中的传感器。
【权利要求】
1.用于监控电池(10)的方法，向该电池分配了多个传感器(20、22、24)，其中所述传感器(20、22、24)经由数据线路(40)串行地彼此连接并且与控制设备(12)连接，其中所述传感器(20、22、24)中的至少一个分别将至少一个数据字提供到数据线路(40)上以用于传送至控制设备(12)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中数据字彼此相接成总数据包并且该总数据包经由数据线路(40)发送给控制设备(12)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中第一数据字从传感器(20、22、24)经由数据线路(40)被发送至下一个传感器(20、22、24)，由该下一个传感器(20、22、24)将另一数据字附接于第一数据字，并且一直这样执行，直至包含所有传感器的数据字的总数据包到达控制设备(12) ο
4.根据权利要求1所述的方法，其中第一数据字被传感器(20、22、24)提供到数据线路(40)上并且第一数据字被传送给控制设备(12)，并且在预定的时长之后下一个传感器(20、22、24)将第二数据字提供到数据线路上。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中控制设备(12)分析总数据包并且在此情况下将各个数据字分配给所涉及的传感器(20、22、24)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中单个传感器(20、22、24)在其机械位置方面被标识。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中数据字经由反向通道(42)又到达传感器(20、22、24)并且能分别被关联的传感器(20、22、24)重写。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中作为数据字传输单个比特。
9.电池，其具有多个单元(14、16、18)，尤其用于执行根据权利要求1至8之一所述的方法，该电池具有多个传感器(20、22、24)，所述传感器串行地经由数据线路(40)彼此连接并且与控制设备(12)连接。
10.根据权利要求9所述的电池，其中设置电流轨(30、32)用于为传感器(20、22、24)供电。
11.根据权利要求9所述的电池，其中由各自的单元(20、22、24)或专用的供电线路对传感器(20、22、24)供电。
12.用于利用多个传感器(20、22、24)监控电池(10)的装置，所述传感器经由数据线路(40)串行地彼此连接并且与控制设备(12)连接。
13.根据权利要求12所述的装置，该装置具有反向通道(42)。
【文档编号】H01M10/42GK104205475SQ201380009340
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2012年2月13日
【发明者】S·施泰因莱希纳, F·亨里齐 申请人:罗伯特·博世有限公司