電動(dòng)車輛蓄電池組電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及具有電力推進(jìn)的車輛，并且更具體地涉及通過與高壓蓄電池電路數(shù)字隔離的微控制器監(jiān)測(cè)來自蓄電池組的輸出電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛的電力驅(qū)動(dòng)的直流(DC)電源(如蓄電池)和其他元件需要監(jiān)測(cè)以便使效率和性能最大化以及檢測(cè)潛在的故障。例如鋰離子(L1-1on)這樣的通常的蓄電池類型利用一起層疊到蓄電池組中的大量單元。除了監(jiān)測(cè)蓄電池組輸出的總電壓，通常單獨(dú)監(jiān)測(cè)每個(gè)單元以確定它們的電壓產(chǎn)出和其他參數(shù)。也監(jiān)測(cè)每個(gè)單元的溫度以便防止過熱。
[0003]由于涉及的高壓電平、在層疊內(nèi)各自的單元運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的中間電壓范圍以及需要的高的精度水平，可靠地監(jiān)測(cè)各種蓄電池狀況是非常具有挑戰(zhàn)性的。商業(yè)上已研制出用于車輛環(huán)境的各種蓄電池監(jiān)測(cè)集成電路(IC)設(shè)備。市場(chǎng)上可買到的蓄電池監(jiān)測(cè)IC設(shè)備的示例包括可向馬薩諸塞州諾伍德的美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices, Inc.)購(gòu)買的AD7280A設(shè)備、可向加利福尼亞米爾皮塔斯的凌力爾特公司(Linear Technology Corporat1n)購(gòu)買的LTC6804設(shè)備和可向加利福尼亞米爾皮塔斯的英特砂爾公司(Intersil Corporat1n)購(gòu)買的ISL94212多單元鋰離子蓄電池管家。除了用于直接監(jiān)測(cè)各自的蓄電池單元的多個(gè)輸入，已知的IC設(shè)備包括幾個(gè)模擬輸入，用于測(cè)量用作各自的蓄電池單元的溫度傳感器的熱敏電阻電路的輸出。
[0004]每個(gè)市場(chǎng)上可買到的蓄電池監(jiān)測(cè)IC設(shè)計(jì)為具有特定數(shù)量的監(jiān)測(cè)各自的蓄電池單元的測(cè)量通道。上述提到的AD7280A有6個(gè)通道，LTC6804和ISL94212每個(gè)都有12個(gè)通道。為了達(dá)到期望的輸出電壓電平，用于電動(dòng)車輛的典型的鋰離子電池常常層疊多達(dá)約96個(gè)單元。為了監(jiān)測(cè)各個(gè)單元，蓄電池監(jiān)測(cè)IC同樣地層疊在蓄電池組的正、負(fù)輸出總線之間。由于沒有連接單一的監(jiān)測(cè)IC到兩個(gè)總線，為了測(cè)量蓄電池組的全部輸出電壓使用了附加組件。此外，附加組件用于測(cè)量蓄電池組的全部輸出電壓而不是由IC測(cè)量的各個(gè)單元電壓的總和(或單元組)，這是由于取樣時(shí)間和微處理器計(jì)時(shí)加載的原因(如將被要求的許多串行消息)。
[0005]測(cè)量的蓄電池單元、蓄電池組以及相關(guān)設(shè)備的參數(shù)全部被主微控制器或微處理器使用，用于執(zhí)行蓄電池管理和通信。主微控制器或微處理器通常位于與其他車輛組件——例如車輛系統(tǒng)/動(dòng)力系統(tǒng)控制器或驅(qū)動(dòng)接口模塊——相連接的離散蓄電池控制模塊或箱內(nèi)。因此，主微控制器或微處理器使用底板地線作為它的基準(zhǔn)電壓。底板地線與負(fù)蓄電池總線提供的主蓄電池組的基準(zhǔn)隔離。
[0006]部署的具有蓄電池組的蓄電池監(jiān)測(cè)IC必須參考負(fù)總線監(jiān)測(cè)蓄電池單元。因此，連接到高壓域中的蓄電池監(jiān)測(cè)IC和任何其他的監(jiān)測(cè)設(shè)備必須通過域交叉元件與主微控制器或微處理器通信，域交叉元件在主微控制器或微處理器的高壓蓄電池域和底板地線域(即低壓域)之間提供數(shù)字隔離。為了使主微控制器或微處理器不僅控制監(jiān)測(cè)元件還接收產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)，通常使用相對(duì)昂貴的組件-例如光電稱合晶體管(photoMOS transistor)
和專用的高壓參考模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換集成電路。在維持蓄電池組輸出電壓的穩(wěn)健檢測(cè)的同時(shí)避免昂貴的附加組件是非?？扇〉?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電動(dòng)車輛系統(tǒng)，其具有多單兀蓄電池組供應(yīng)在正總線和負(fù)總線之間的主蓄電池電壓。主微控制器監(jiān)測(cè)蓄電池組的性能。主微控制器被耦接至底板地線且與正總線和負(fù)總線數(shù)字隔離。連接蓄電池監(jiān)控IC到蓄電池組以測(cè)量蓄電池組中的各自單元的電壓，其中蓄電池監(jiān)測(cè)IC具有隔離的至主微控制器的串行數(shù)據(jù)鏈路以報(bào)告測(cè)量的電壓。蓄電池監(jiān)測(cè)IC進(jìn)一步包括多個(gè)可選擇地提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輔助/熱敏電阻A/D輸入和輔助輸出終端。評(píng)估開關(guān)具有輸入、輸出和控制終端，其中輸入被連接到正總線。耦接控制終端至輔助輸出終端以便激活評(píng)估開關(guān)以響應(yīng)通過串行數(shù)據(jù)鏈路從主微處理器接收到的命令。在評(píng)估開關(guān)的輸出和負(fù)總線之間耦接分壓器，為輔助/熱敏電阻A/D輸入之一提供分出的電壓輸出。蓄電池監(jiān)測(cè)IC通過串行數(shù)據(jù)鏈路傳輸代表分出的電壓輸出的數(shù)字值至主微處理器，主微處理器響應(yīng)于數(shù)字值確定主蓄電池電壓。
【附圖說明】
[0008]圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中具有主蓄電池電壓監(jiān)測(cè)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意框圖。
[0009]圖2是顯示圖1的系統(tǒng)中使用的方法的流程圖。
[0010]圖3是在蓄電池組電壓測(cè)量的較低成本的實(shí)施方式的情況下的本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意框圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的一種優(yōu)選方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]現(xiàn)在參考圖1，傳統(tǒng)的電動(dòng)車輛系統(tǒng)10包括主蓄電池組11，主蓄電池組11具有包括多個(gè)典型單元Ila-1lk的單獨(dú)的單元。多個(gè)蓄電池監(jiān)測(cè)IC 12,13和14以層疊的方式連接到各自的蓄電池單元之一。單元監(jiān)測(cè)輸入16連接每個(gè)相應(yīng)的單元至蓄電池監(jiān)測(cè)IC12-14的各自的輸入引線(如單元OIn，CellOIn)。蓄電池監(jiān)測(cè)IC 12示出的同樣的相互連接也呈現(xiàn)在蓄電池監(jiān)測(cè)IC 13和14中，但不是圖1中示出的全部。主微處理器15通過數(shù)字隔離器16從耦接的IC 12的串行輸出接收測(cè)量到的數(shù)據(jù)，從而形成能夠在IC 12的高壓域和主微控制器或微處理器15的低壓底板地線域之間雙向通信的串行數(shù)據(jù)鏈路。當(dāng)耦接隔離電路16至底板地線17和高壓地線18時(shí)，主微控制器或微處理器15耦接到底板地線17。
[0013]蓄電池組11的輸出耦接在正總線20和負(fù)總線21之間。車輛負(fù)載22——例如用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的直流交流逆變器(DC-to-AC inverter)(其可以先于直流交流升壓轉(zhuǎn)換器
(DC-to-DC boost converter))-分別通過主接觸器開關(guān)23和24從總線20和21接收直流電源。預(yù)先充電開關(guān)25和預(yù)先充電電阻器26可以跨接在正接觸器開關(guān)23，這在本領(lǐng)域中是公知的。以本領(lǐng)域中公知的傳統(tǒng)的方式驅(qū)動(dòng)接觸器開關(guān)。
[0014]蓄電池監(jiān)測(cè)IC 12包括多個(gè)輔助/熱敏電阻A/D輸入30，每個(gè)通過各自的熱敏電阻31a-33a耦接至負(fù)總線21和地線18。每個(gè)熱敏電阻通過各自的上拉電阻31b_33b耦接至基準(zhǔn)電壓。每個(gè)熱敏電阻31a_33a接近各自的蓄電池單元安裝以充當(dāng)溫度探針。每個(gè)各自的熱敏電阻電壓由蓄電池監(jiān)測(cè)IC 12轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值，該數(shù)字值連同各個(gè)單元電壓通過串行數(shù)據(jù)鏈路被發(fā)送到主微控制器或微處理器15以允許主微控制器或微處理器15監(jiān)測(cè)每個(gè)蓄電池單元的運(yùn)行。
[0015]主微控制器或微處理器15也監(jiān)測(cè)蓄電池組11傳送的總線20和21之間的總電壓是期望的。例如，總電壓用于監(jiān)測(cè)蓄電池組的放電。
[0016]在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，需要專用的電路系統(tǒng)測(cè)量總線20和21之間的總電壓。如圖1所示，耦接由光電耦合設(shè)備和控制輸入36組成的第一域交叉設(shè)備35以從主微控制器或微處理器15接收邏輯電平控制信號(hào)?；鶞?zhǔn)輸入37從電源38接收基準(zhǔn)電壓V。。。主微控制器或微處理器15降低輸入36至低邏輯電平，以便激活設(shè)備35中的光電二極管光源40，從而打開輸出晶體管41。
[0017]電阻器42耦接晶體管41的漏極至正總線20。連接晶體管41的源極(source)至電阻器43的一側(cè)，電阻器43的另一側(cè)耦接至在電池組11中點(diǎn)的中點(diǎn)基準(zhǔn)電壓44。進(jìn)一步連接晶體管41的源極至差分放大器53的同相輸入49。高壓域輔助電源47提供電源電壓Vhh至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和差分放大器53。通過光電耦合設(shè)備50和電阻器51可選擇地耦接差分放大器53的反相輸入52至負(fù)總線21。連接差分放大器53的輸出至ADC 46的轉(zhuǎn)換輸入45。反饋電阻器54稱接差分放大器53的輸出至輸入52。
[0018]為了開始蓄電池組電壓測(cè)量，主微控制器或微處理器15激活域交叉設(shè)備35和50。同相輸入49根據(jù)由電阻器42和43形成的分壓器接收中點(diǎn)電壓44和來自總線20的正電壓之間的