專利名稱：電池單元診斷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)通常涉及電池和電池系統(tǒng)領(lǐng)域。更為具體地，本申請(qǐng)涉及可以在車輛應(yīng)用 中用來提供所述車輛的至少一部分動(dòng)力的電池和電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的使用內(nèi)燃機(jī)的汽油動(dòng)力車輛相比，針對(duì)車輛的所有或部分動(dòng)力使用電能 的車輛(例如，電動(dòng)車輛(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV) 等，統(tǒng)稱為“電動(dòng)車輛”)可以提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，與使用內(nèi)燃機(jī)的車輛相比，電動(dòng)車輛可 以產(chǎn)生更少的不期望的排放產(chǎn)物，并且可以顯現(xiàn)出更高的燃料效率(并且，在一些情況下， 這些車輛可能排除完全使用汽油，如同在特定類型的PHEV的情況下)。隨著電動(dòng)車輛技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，需要為這些車輛提供改進(jìn)的電源(例如，電池系統(tǒng) 或模塊)。例如，期望在無需對(duì)電池進(jìn)行充電的情況下增加這些車輛可以行進(jìn)的距離。還期 望的是，提高這些電池的性能以及降低與電池系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的成本。繼續(xù)研發(fā)的一個(gè)改進(jìn)領(lǐng)域是電池化學(xué)領(lǐng)域。早期電動(dòng)車輛系統(tǒng)使用鎳金屬氫化物 (NiMH)電池作為推進(jìn)力源。隨著時(shí)間推移，各種不同的添加和修改已經(jīng)提高了 NiMH電池的 性能、可靠性和效用。近來，廠商已經(jīng)開始研發(fā)可以在電動(dòng)車輛上使用的鋰離子電池。存在若干與將鋰 離子電池用于車輛應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)。例如，與NiMH電池相比，鋰離子電池具有更高的電 荷密度和比功率。換言之，在存儲(chǔ)相同量的電荷的情形下，鋰離子電池可以比NiMH電池更 小，這可以允許節(jié)省電動(dòng)車輛的重量和空間(或者，這個(gè)特征可以允許廠商為車輛提供更 多的能量，而無需增加車輛的重量或者增加電池系統(tǒng)所占用的空間)。通常公知的是，鋰離子電池的性能與NiMH電池不同，并且可能呈現(xiàn)出與在NiMH電 池技術(shù)的情況下呈現(xiàn)出的設(shè)計(jì)和工程挑戰(zhàn)不同的設(shè)計(jì)和工程挑戰(zhàn)。例如，與可比較的NiMH 電池相比，鋰離子電池可能對(duì)電池溫度的變化更敏感，并且由此系統(tǒng)可以被使用來在車輛 運(yùn)行期間調(diào)整鋰離子電池的溫度。鋰離子電池的制造還呈現(xiàn)出該電池化學(xué)獨(dú)有的挑戰(zhàn)，并 且新方法和系統(tǒng)正在被開發(fā)來解決這些挑戰(zhàn)。鋰離子電池可能對(duì)過充電或過放電敏感。如果鋰離子電池被過充電或過放電，則 該電池可能變?yōu)楸徊豢赡娴負(fù)p壞或失效。作為對(duì)這種情形發(fā)生的防護(hù)，鋰離子電池可以包 括電壓監(jiān)測(cè)電路，該電壓監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)該電池中的每個(gè)電池單元(cell)的電壓。附加電路 或微控制器可以監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單元的電壓電平，并且如果出現(xiàn)欠電壓或過電壓狀態(tài)，則斷 開該電池單元。將期望的是，提供一種在電動(dòng)車輛中使用的改進(jìn)的電池模塊和/或系統(tǒng)，該電池模塊和/或系統(tǒng)解決一個(gè)或多個(gè)與在這些車輛中使用的NiMH電池系統(tǒng)和/或鋰離子電池 系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)。還將期望的是，提供一種電池模塊和/或系統(tǒng)，該電池模塊和/或系統(tǒng) 包括根據(jù)對(duì)本公開的研究將是顯而易見的有利特征中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例，一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元測(cè)量的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)包括電 池單元放電電路，該電池單元放電電路電耦合到至少一個(gè)電化學(xué)電池單元，并且被配置為 當(dāng)所述電池單元放電電路被激活時(shí)對(duì)所述至少一個(gè)電池單元進(jìn)行部分放電；以及電池單 元測(cè)量電路，該電池單元測(cè)量電路電耦合到所述至少一個(gè)電池單元和所述電池單元放電電 路。所述電池單元測(cè)量電路被配置為測(cè)量所述至少一個(gè)電池單元在激活所述電池單元放電 電路之前以及在激活所述電池單元放電電路之后的電壓。所述電池單元測(cè)量電路將在激活 所述電池單元放電電路之前的電壓與在激活所述電池單元放電電路之后的電壓進(jìn)行比較， 以檢測(cè)在所述電壓測(cè)量中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤(error)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元測(cè)量的準(zhǔn)確性的方法包 括使用與至少一個(gè)電化學(xué)電池單元電耦合的電池單元測(cè)量電路，測(cè)量所述至少一個(gè)電池 單元的第一電壓，并且激活與所述至少一個(gè)電池單元電耦合的電池單元放電電路來對(duì)所述 至少一個(gè)電池單元進(jìn)行至少部分放電。所述方法還包括測(cè)量在激活所述電池單元放電電路 后所述至少一個(gè)電池單元的第二電壓，并且將第一電壓與第二電壓進(jìn)行比較，以確定在所 述至少一個(gè)電池單元的電壓測(cè)量中是否存在錯(cuò)誤。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性的方法 包括提供與至少一個(gè)電化學(xué)電池單元電耦合的電池單元測(cè)量電路；以及提供與所述至少 一個(gè)電池單元電耦合的電池單元放電電路，該電池單元放電電路被配置為當(dāng)被激活時(shí)對(duì)所 述至少一個(gè)電池單元進(jìn)行部分放電。所述方法包括使用所述電池單元測(cè)量電路，測(cè)量所述 至少一個(gè)電池單元的第一電壓，并且激活所述電池單元放電電路來對(duì)所述至少一個(gè)電池單 元進(jìn)行部分放電；測(cè)量在激活所述電池單元放電電路后的電池單元的第二電壓，并且將第 一電壓與第二電壓進(jìn)行比較，以確定在所述至少一個(gè)電池單元的電壓測(cè)量中是否存在錯(cuò) 誤。


圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的包括電池系統(tǒng)的車輛的透視圖；圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的以混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)的形式提供的車輛的 剖面透視示意圖；圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的電池系統(tǒng)的分解透視圖；圖4A是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)電池單元電壓感測(cè)電路的 故障的系統(tǒng)的方框圖，其中所述電池單元管理控制器遠(yuǎn)離電池模塊放置；圖4B是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)電池單元電壓感測(cè)電路的 故障的系統(tǒng)的方框圖，其中所述電池單元管理控制器位于電池模塊內(nèi)部；圖5是例示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的包括微控制器和電池單元放電電路的電池 模塊的電池單元的診斷電路的更為具體的細(xì)節(jié)的方框圖6是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的更為詳細(xì)地例示電池單元測(cè)量控制部分和電池 單元放電電路的示意圖；圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于證實(shí)電池單元的電池單元電壓測(cè)量系統(tǒng)的 正確操作的方法的流程圖；圖8是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的用于證實(shí)模塊或系統(tǒng)的電池單元電壓測(cè)量系統(tǒng) 的正確操作的方法的方框圖。
具體實(shí)施例方式圖1是具有電池系統(tǒng)20的以汽車(例如，轎車)形式提供的車輛10的透視圖，該 電池系統(tǒng)20用于為車輛10提供所有或部分動(dòng)力。該車輛10可以是電動(dòng)車輛(EV)、混合動(dòng) 力電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)、或其他類型的使用電能來進(jìn)行推進(jìn) 的車輛(統(tǒng)稱為“電動(dòng)車輛”)。盡管車輛10在圖1中被例示為轎車，但是根據(jù)其他示例性實(shí)施例，車輛的類型可 以不同，所有這些車輛類型意在落在本公開的范圍內(nèi)。例如，車輛10可以是卡車、公交車、 工業(yè)車輛、摩托車、游藝車、船、或者可以從將電能用于它的所有或部分推進(jìn)能量中受益的 任何類型的車輛。盡管電池系統(tǒng)20在圖1中被例示為放置在車輛的行李箱(trunk)中或車輛的后 部，但是根據(jù)其他示例性實(shí)施例，電池系統(tǒng)20的位置可以不同。例如，電池系統(tǒng)20的位置可 以基于車輛內(nèi)的可用空間、車輛的期望重量平衡、與電池系統(tǒng)20 —起使用的其他組件(例 如，電池管理系統(tǒng)、通風(fēng)管或冷卻設(shè)備等)的放置、以及各種其他考慮來選擇。圖2例示了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的以HEV形式提供的車輛10的剖面示意圖。電 池系統(tǒng)20被設(shè)置為靠近與燃料箱12鄰近的車輛10的后部(電池系統(tǒng)20可以設(shè)置為緊鄰 燃料箱12或者可以設(shè)置在車輛10的后部中的單獨(dú)腔室(例如，行李箱)中，或者可以設(shè)置 在車輛10的任何其他地方)。當(dāng)車輛10使用汽油動(dòng)力來推進(jìn)車輛10時(shí)，提供內(nèi)燃機(jī)14。 還提供電動(dòng)電機(jī)16、功率分離設(shè)備17以及發(fā)電機(jī)18，作為車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部件。這種車輛 10可以僅僅由電池系統(tǒng)20供給能量或驅(qū)動(dòng)，僅僅由內(nèi)燃機(jī)14供給能量或驅(qū)動(dòng)，或者由電池 系統(tǒng)20和內(nèi)燃機(jī)14兩者來供給能量或驅(qū)動(dòng)。應(yīng)該注意的是，根據(jù)其他示例性實(shí)施例，可以 使用其他類型的車輛和車輛電動(dòng)系統(tǒng)的配置，以及圖2中的示意圖示不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)本 申請(qǐng)中描述的主題的范圍的限制。根據(jù)各種示例性實(shí)施例，電池系統(tǒng)20的尺寸、形狀和位置、車輛10的類型、車輛技 術(shù)的類型(例如，EV、HEV、PHEV等)以及電池化學(xué)等可以與所示出或描述的哪些不同。參見圖3，示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的電池系統(tǒng)20的分解圖。電池系統(tǒng)20包 括多個(gè)電化學(xué)電池單元或電池40(例如，鋰離子電池單元、鎳金屬氫化物電池單元、鋰聚合 物電池單元等，或者現(xiàn)在公知或以后研發(fā)出的其他類型的電化學(xué)電池單元)。根據(jù)一個(gè)示 例性實(shí)施例，電化學(xué)電池單元40通常是被配置為儲(chǔ)存電荷的柱狀鎳金屬氫化物電池單元。 根據(jù)其他示例性實(shí)施例，電池單元40可以具有其他物理結(jié)構(gòu)(例如，橢圓型、棱形、多邊形 等)。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，電池單元40的容量、尺寸、設(shè)計(jì)和其他特征可以與所示出的 哪些不同。電池系統(tǒng)20的組件包含在絕緣盒(enclsoure)或容器中，如圖3所示，該絕緣盒或容器由外殼22、基板24和端蓋(end cap) 26形成。外殼22、基板24和端蓋26由聚合物 或其他非導(dǎo)電材料形成，并且可以與各種機(jī)構(gòu)耦接在一起，所述各種機(jī)構(gòu)包括螺紋緊固件、 在內(nèi)部形成的門鎖或搭扣(snap)、插銷等。如下面更為詳細(xì)的描述，電池系統(tǒng)20的斷開功 能可以內(nèi)置在外殼22、基板24和/或端蓋26中。 根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，電池系統(tǒng)20包括電池模塊30，該電池模塊30封裝或包含 電化學(xué)電池單元40，將所述電化學(xué)電池單元40彼此連接和/或?qū)⑺鲭娀瘜W(xué)電池單元40 連接到車輛電子系統(tǒng)的其他組件，并且管理所述電化學(xué)電池單元40以及電池系統(tǒng)20的其 他特征。電池系統(tǒng)20可以包括負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和控制該系統(tǒng)的電氣性能、管理該系統(tǒng)的熱力學(xué)行 為、排出物(例如從電池單元排出的氣體)的容納和/或路由，以及電池系統(tǒng)20的其他方盡管圖3示出了電池系統(tǒng)20的一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，電池系統(tǒng) 20不限于任何特定布置，如同看過本公開的人員將明白的。例如，盡管圖3中示出的電池 系統(tǒng)20被示出為具有沿行布置的水平方位的電池單元40或者通過平行的框架構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的 兩層或兩組棒，但是應(yīng)該理解的是，電池模塊30可以具有許多不同的配置。例如，電池單元 40還可以通常是垂直的，可以是若干單獨(dú)組，或者按照其他配置布置。而且，可以使用不同 數(shù)目以及不同類型(例如，鎳金屬氫化物等)的電池單元40。電池單元40中的每個(gè)通過使用以匯流條或類似元件的形式提供的連接器，電耦 合或電連接到一個(gè)或多個(gè)其他電池單元40或電池系統(tǒng)20的其他組件。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí) 施例，電池單元40中的每個(gè)電耦合或電連接到電壓監(jiān)測(cè)/測(cè)量系統(tǒng)或電路，該電壓監(jiān)測(cè)/ 測(cè)量系統(tǒng)或電路被配置為監(jiān)測(cè)/測(cè)量電池系統(tǒng)20內(nèi)的每個(gè)個(gè)體電池單元40的電壓?？傮w參見圖4-圖8，與包括多個(gè)電池單元的電池系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)挑戰(zhàn)是檢測(cè)電 池系統(tǒng)20的電壓監(jiān)測(cè)電路正在正確工作的能力。在一些情形下，當(dāng)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)電池單 元的電壓的所述系統(tǒng)或電路出現(xiàn)故障時(shí)，所述測(cè)量系統(tǒng)可能不能夠檢測(cè)到該故障，因?yàn)樵?系統(tǒng)的其他組件(例如，放電電容器、放電電路、其他電路等)的浮動(dòng)電壓給出電池單元電 壓測(cè)量系統(tǒng)仍然正在正確操作的印象。盡管該電壓監(jiān)測(cè)電路已經(jīng)出現(xiàn)故障，但是與該電壓 監(jiān)測(cè)電路的剩余組件相關(guān)的浮動(dòng)電壓可以向控制設(shè)備提供不正確的電壓信息，從而可能使 得電池系統(tǒng)20的電池單元40的電壓大于預(yù)定的操作的容許上限或下限。其他電路和/或 方法可以被使用來確定所述測(cè)量系統(tǒng)是否是可操作的，并且證實(shí)(validate)每個(gè)電池單 元40的電壓的測(cè)量值。每個(gè)電池單元40的電壓的準(zhǔn)確測(cè)量可以通過在電池系統(tǒng)20的測(cè)量和控制系統(tǒng)中 包括其他電路和/或邏輯來獲得?？梢詾槊總€(gè)電池單元40添加電池單元放電電路，以及電 池單元控制系統(tǒng)可以在選擇時(shí)間或以特定間隔(例如，在每次電池單元管理控制器上電或 復(fù)位時(shí))激活該電池單元放電電路。在(例如，由于彈簧觸點(diǎn)內(nèi)部斷路，電壓測(cè)量引線中的 斷路等而導(dǎo)致)電壓測(cè)量電路發(fā)生故障的情況下，在激活電池單元放電電路之前和之后進(jìn) 行的電壓測(cè)量可以識(shí)別出是否存在(例如來自微控制器和外部電阻器/電容器濾波器的輸 入泄露而造成的)浮動(dòng)電壓，并且因此可以有助于識(shí)別出已經(jīng)發(fā)生故障的電壓測(cè)量電路。 所述電壓測(cè)量系統(tǒng)可以隨后將電池單元40的該電壓處理為零電壓，而不是假的浮動(dòng)電壓 的值。所述系統(tǒng)通過在激活所述放電電路之前和之后都測(cè)量個(gè)體電池單元40的電壓來進(jìn)行操作。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，所述電壓測(cè)量系統(tǒng)首先測(cè)量第一組電池單元中的每個(gè) 電池單元40，然后測(cè)量第二組電池單元中的每個(gè)電池單元40。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，所 述電壓測(cè)量系統(tǒng)首先測(cè)量每個(gè)奇數(shù)電池單元40，然后測(cè)量每個(gè)偶數(shù)電池單元40。根據(jù)其他 示例性實(shí)施例，所述電壓測(cè)量系統(tǒng)可以按照不同的順序測(cè)量電池單元40的電壓(例如，所 述系統(tǒng)可以首先測(cè)量每個(gè)偶數(shù)電池單元，然后測(cè)量每個(gè)奇數(shù)電池單元)。根據(jù)另一示例性實(shí) 施例，所述電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量彼此相鄰的電池單元40。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，所述電壓測(cè) 量系統(tǒng)可以測(cè)量彼此不相鄰的電池單元40。一旦檢測(cè)到電池單元40的具有零電壓變化(movement)的讀數(shù)(即，在激活電池 單元放電電路之前的電壓讀數(shù)等于在激活電池單元放電電路之后的電壓讀數(shù))，并且因此 檢測(cè)到已經(jīng)發(fā)生故障的電壓測(cè)量電路，則電池單元管理控制器可以采取合適的動(dòng)作。例如， 所述電池單元管理控制器可以中止電池充電，禁用該電池，生成用于上級(jí)系統(tǒng)的診斷消息寸。現(xiàn)在參見圖4A，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，電池系統(tǒng)100被配置為便于準(zhǔn)確并可靠 地測(cè)量電池單元電壓。電池系統(tǒng)100包括電池模塊102，該電池模塊102包括診斷電路 106(例如，電池單元開路診斷、電池單元短路診斷等)。診斷電路106(例如，通過電線、總 線、無線連接等)與遠(yuǎn)程電池單元管理控制器104可通信地耦合，該遠(yuǎn)程電池單元管理控制 器104在電池模塊102的外部(例如，所述電池單元管理控制器104可以被包括在電池系 統(tǒng)100內(nèi)，可以被包括在車輛10內(nèi))。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，電池單元管理控制器104是 電池系統(tǒng)100的一部分，并且被包括在電池管理系統(tǒng)內(nèi)。診斷電路106被配置為確定所述電池單元電壓測(cè)量系統(tǒng)是否正在正確地操作，并 且將每個(gè)電池單元的有效電壓測(cè)量結(jié)果傳送到電池單元管理控制器104。例如，診斷電路 106可以提供每個(gè)電池單元的電壓的指示，或者在電壓測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生故障或者正在進(jìn) 行不正確的工作時(shí)，為任何電池單元提供零伏的指示。電池系統(tǒng)100的一個(gè)故障模式是導(dǎo) 致浮動(dòng)電壓的測(cè)量電路中的斷路，該浮動(dòng)電壓是不正確的但仍然在有效范圍內(nèi)，并且因此 不能與電池單元的實(shí)際電壓區(qū)分開。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一旦接收到個(gè)體電池單元電壓，則電池單元管理控制器 104確定所述電動(dòng)系統(tǒng)中的其他組件應(yīng)該對(duì)電池模塊102采取何種動(dòng)作。例如，對(duì)于鋰離子 電池單元，為了避免對(duì)電池模塊102造成不可修復(fù)的損壞，電池單元電壓電平不允許下降 到低于所定義的最小電平。相反，對(duì)電池模塊102進(jìn)行過充電可能導(dǎo)致對(duì)電池模塊102和 所述電動(dòng)系統(tǒng)的其他組件產(chǎn)生損壞。因此，在允許車輛10的其他系統(tǒng)使用在電池模塊102 中存儲(chǔ)的能量或者允許對(duì)電池模塊102進(jìn)行充電之前，電池單元管理控制器104應(yīng)該接收 到關(guān)于當(dāng)前電池單元電壓電平的正確且可靠的信息。參見圖4B，根據(jù)另一示例性實(shí)施例，電池單元管理控制器104可以被包括在電池 模塊102內(nèi)部，從而就防止出現(xiàn)欠電壓或過電壓事故而言，電池模塊102可以以自包含的方 式進(jìn)行操作。這種自包含可以降低診斷電路106和電池單元管理控制器104之間的不兼容 的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)在參見圖5，診斷電路106包括電池單元放電電路202、微控制器204以及電池 單元測(cè)量或監(jiān)測(cè)電路206。每個(gè)電池單元放電電路202與電池模塊102的電池單元201電 耦合，并且被配置為平衡電池單元201的電壓，從而使得每個(gè)電池單元201與其他電池單元201相比，具有基本相同的電荷。每個(gè)電池單元測(cè)量電路206電耦合到對(duì)應(yīng)的電池單元201 以及對(duì)應(yīng)的電池單元放電電路202，并且被配置為監(jiān)測(cè)電池單元201的電壓，以診斷該電池 單元是否正在正確地工作。電池單元放電電路202可以由微控制器204激活，以確定在電壓感測(cè)線路208上 是否例如由于觸點(diǎn)(例如，彈簧觸點(diǎn))內(nèi)的斷路210而危及或損壞電壓測(cè)量電路206。這 種斷路可能導(dǎo)致該電壓感測(cè)線路208上的浮動(dòng)電壓212。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，斷路210 可能是發(fā)生故障的電阻器、壞的焊料連接、或者任何其他的開路或短路。在電池單元放電電 路202被激活后，測(cè)量電池單元201的電壓，并且將其與在激活電池單元放電電路202之前 的電壓進(jìn)行比較。如果電壓測(cè)量結(jié)果沒有差異(即，沒有電池單元放電發(fā)生)，則電壓感測(cè) 線路208和/或測(cè)量電路206可能斷開或損壞。由于對(duì)應(yīng)電池單元201的實(shí)際電壓是不可 知的(即，僅僅浮動(dòng)電壓正在被測(cè)量)，所以可以將該對(duì)應(yīng)電池單元201的電壓處理為零伏， 即使電池單元201的實(shí)際電壓實(shí)際不等于零伏也是如此。微控制器204監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單元電壓，并且將表示電池單元201的所測(cè)量電壓的 信號(hào)提供給電池單元管理控制器104。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，微控制器204可以是可從 Analog Device公司獲得的AD7280微控制器。然而，其他示例性實(shí)施例不限于使用這種特 定的微控制器，并且可以使用任何能夠監(jiān)測(cè)電池單元電壓的微控制器。微控制器240可以 依序激活每個(gè)電池單元201的放電電路202。微控制器204可以讀取或測(cè)量激活電池單元 放電電路202之前和之后的電池單元電壓。微控制器204可以將與電池單元201的放電相 關(guān)的電壓和/或電壓變化的指示提供給電池單元管理控制器104，以例如供諸如電池管理 系統(tǒng)之類的上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。微控制器204可以隨后針對(duì)電池模塊102的每個(gè) 電池單元201重復(fù)進(jìn)行操作。根據(jù)各個(gè)示例性實(shí)施例，每個(gè)電池單元測(cè)量電路206可以包括濾波電阻器。根據(jù) 一個(gè)這種示例性實(shí)施例，所述濾波電阻器可以具有大約1萬(10，000)歐姆的電阻值。然而， 根據(jù)其他示例性實(shí)施例，取決于應(yīng)用，可以使用其他電阻值?，F(xiàn)在參見圖6，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，例示了電池單元放電電路202的細(xì)節(jié)示意 圖，該細(xì)節(jié)示意圖包括平衡電阻器304、開關(guān)302(例如，晶體管開關(guān))以及包括微控制器 204的控制部分。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，微控制器204通過閉合開關(guān)302來接通個(gè)體電池 單元306的電路，激活電池單元放電電路。平衡電阻器304可以至少對(duì)電池單元306進(jìn)行 部分放電，以最小化相鄰電池單元之間的任何電壓不平衡。然而，如果電壓測(cè)量電路206被 損壞，則放電電路202將不會(huì)對(duì)電池單元306產(chǎn)生影響(即，將不會(huì)對(duì)電池單元306進(jìn)行放 電)。在這種情況下，正在測(cè)量的電壓(即，浮動(dòng)電壓212)在激活所述放電電路202之前和 之后將是相同的，從而導(dǎo)致零電壓變化的測(cè)量結(jié)果。一旦接收到零電壓變化的測(cè)量結(jié)果，微控制器204可以為個(gè)體電池單元306指示 零伏(即使存在正在被測(cè)量的浮動(dòng)電壓212也是如此)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，平衡電阻 器304可以具有大約三十三(33)歐姆的電阻值。然而，根據(jù)其他示例性實(shí)施例，取決于應(yīng) 用，電阻器304可以具有其他電阻值。在完成上述測(cè)量后，微控制器204可以關(guān)斷開關(guān)302， 并且繼續(xù)對(duì)下一電池單元306的分析。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，微控制器204接收與每個(gè)電池單元306的電壓電平相關(guān) 的信息，并且將該信息傳送到電池管理系統(tǒng)來進(jìn)行處理。如果微控制器204接收到指示電池單元306具有不可接受的高或低電壓讀數(shù)的信號(hào)，則可以隨后更進(jìn)一步地發(fā)送信號(hào)(例 如，發(fā)送到電池管理系統(tǒng))來不對(duì)電池單元306進(jìn)行充電或放電，直到電池模塊102被用來 確定高或低電壓狀態(tài)的原因?yàn)橹?。參見圖7，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，方法350允許監(jiān)測(cè)電池模塊102的個(gè)體電池單 元306的電壓，并且將上述結(jié)果的指示提供給電池單元管理控制器104。對(duì)于每個(gè)電池單元 306，微控制器204測(cè)量電池單元306的第一或初始電壓(步驟352)。微控制器204隨后激 活電池單元306的電池單元放電電路202 (步驟354)，并且測(cè)量該電池單元306的第二電壓 (步驟356)。微控制器204隨后比較第一和第二電壓(步驟358)，并且確定上述電壓是否 彼此不同(步驟360)。如果上述電壓確實(shí)不同，則感測(cè)線路308和/或測(cè)量電路306可能 正在正確地工作。微控制器204可以向電池單元管理控制器104或電池管理系統(tǒng)提供指示 正確工作的消息或信號(hào)，和/或微控制器204可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)下一電池單元306(步驟362)。 如果上述電壓相同，則感測(cè)線路和/或測(cè)量電路306可能工作不正確或者可能存在缺陷。 微控制器204可以隨后向電池單元管理控制器104或電池管理系統(tǒng)提供指示缺陷的消息或 信號(hào)(步驟364)。電池單元管理控制器204或電池管理系統(tǒng)可以隨后采取合適的動(dòng)作，例 如，中止電池充電、禁用該電池、生成用于上級(jí)系統(tǒng)的診斷消息等。參見圖8，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，方法400使用診斷電路106來監(jiān)測(cè)電池模塊 102的個(gè)體電池單元306的電壓，以及向電池單元管理控制器104提供上述結(jié)果的指示。每 次電子系統(tǒng)上電或復(fù)位(步驟S402)時(shí)，微控制器204執(zhí)行方法400，并且激活自動(dòng)診斷系 統(tǒng)(例如，診斷電路106)。微控制器204測(cè)量第一奇數(shù)編號(hào)電池單元306的第一電壓(步驟404)。微控制 器204隨后通過閉合第一奇數(shù)編號(hào)電池單元306的電池單元放電電路202的開關(guān)302來 激活電池單元放電電路202 (步驟406)。微控制器204隨后讀取該電池單元306的第二電 壓(步驟408)，并且確定在上述電壓測(cè)量結(jié)果之間的差異或變化是否等于或大約等于零伏 (步驟410)。在電壓差為零的情況下，微控制器204向電池單元管理控制器104提供指示 電池模塊102的奇數(shù)編號(hào)電池單元306中的一個(gè)的電壓差為零的信號(hào)(步驟412)。在向電 池單元管理控制器104通知電壓差為零后或者在步驟410中的電壓不為零的情況下，微控 制器204確定電池單元306是否是最后的奇數(shù)電池單元306 (步驟414)。如果這個(gè)電池單元不是最后的奇數(shù)電池單元306，則激活下一奇數(shù)編號(hào)電池單元 306的放電電路202的開關(guān)302 (步驟416)。在激活下一奇數(shù)編號(hào)電池單元306的放電電 路202的開關(guān)302后，微控制器204讀出該電池單元306的電池單元電壓(步驟418)。在 讀出所述電池單元電壓后，方法400返回到步驟410，以確定所述電池單元電壓是否為零， 并且通過該序列的動(dòng)作和/或邏輯來繼續(xù)循環(huán)，直到已經(jīng)測(cè)量奇數(shù)編號(hào)電池單元306中的 每個(gè)為止。當(dāng)在步驟414確定已經(jīng)測(cè)量最后的奇數(shù)編號(hào)電池單元306后，微控制器204測(cè)量 第一偶數(shù)編號(hào)電池單元306的第一電壓(步驟419)。微控制器204隨后激活第一偶數(shù)編號(hào) 電池單元306的電池單元放電電路202 (步驟420)。如前，通過微控制器204閉合電池單元 放電電路202的開關(guān)302來激活電池單元放電電路202。微控制器204隨后讀取第一偶數(shù) 編號(hào)電池單元306的第二電壓(步驟422)。微控制器204確定上述電壓測(cè)量結(jié)果中的差異或變化是否等于或大約等于零伏(步驟424)。在電壓差為零的情況下，微控制器204向電池單元管理控制器104提供指示 電池模塊102的偶數(shù)編號(hào)電池單元306中的一個(gè)的零電壓讀數(shù)的信號(hào)(步驟426)。在向電 池單元管理控制器104通知零電壓后或者在上述電壓差不為零的情況下，微控制器204確 定電池單元306是否是最后的偶數(shù)電池單元306 (步驟428)。如果該電池單元306不是最 后的偶數(shù)電池單元306，則激活下一偶數(shù)編號(hào)電池單元306的放電電路202的開關(guān)302(步 驟430)。在激活下一偶數(shù)編號(hào)電池單元306的放電電路202的開關(guān)302后，微控制器204 測(cè)量該偶數(shù)電池單元306的電池單元電壓(步驟432)。在測(cè)量出所述電池單元電壓后，微 控制器204確定電池單元的電壓差是否為零，并且通過該序列的動(dòng)作和/或邏輯來繼續(xù)循 環(huán)，直到已經(jīng)測(cè)量偶數(shù)編號(hào)電池單元306中的每個(gè)。在測(cè)量完每個(gè)偶數(shù)編號(hào)電池單元306 后，微控制器204關(guān)斷自動(dòng)診斷系統(tǒng)(步驟434)。要理解和明白的是，所述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法、程序和軟件可以在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)體系 架構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。盡管本公開的一些方面已經(jīng)如上在可以在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī) 可執(zhí)行指令的通用上下文中進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所述技術(shù)還可 以結(jié)合其他程序模塊和/或作為硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。通常，程序模塊包括可以執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定摘要數(shù)據(jù)類型的例程、程序、組 件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，本發(fā)明的方法可以利用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 配置來實(shí)現(xiàn)，所述其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置包括單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微計(jì)算機(jī)、大 型計(jì)算機(jī)以及個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算設(shè)備(例如PDA)、基于微處理器的或可編程消費(fèi)電子 等，上述中的每個(gè)可以被操作地耦合到一個(gè)或多個(gè)相關(guān)設(shè)備。本公開的所例示的方面還可以在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，在該分布式計(jì)算環(huán)境 中，特定任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可 以位于本地和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備兩者中。如本文中所使用的，術(shù)語“組件”、“系統(tǒng)”等可以指代與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，硬件、 (例如被執(zhí)行的)軟件和/或固件。例如，組件可以是在處理器上運(yùn)行的進(jìn)程、處理器、對(duì) 象、可執(zhí)行文件、程序和/或計(jì)算機(jī)。作為例示，在服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用和該服務(wù)器兩者都 可以是組件。一個(gè)或多個(gè)組件可以駐留在進(jìn)程內(nèi)，并且組件可以位于一個(gè)計(jì)算機(jī)的本地和 /或分布在兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)之間。此外，可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)編程和/或工程技術(shù)來生成軟件、固件、硬件或它們的任 何組合來控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所公開的主題，將所公開的主題實(shí)現(xiàn)為方法、裝置或制品。本文中 所使用的術(shù)語“制品”意在包括可從任何計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備、載體或介質(zhì)訪問的計(jì)算機(jī)程序。 例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括但不限于磁性存儲(chǔ)設(shè)備(例如，硬盤、軟盤、磁條等)、光盤 (例如，緊湊盤(⑶)、數(shù)字通用盤(DVD)等)、智能卡以及快閃存儲(chǔ)器設(shè)備(例如，卡、棒、鍵 驅(qū)動(dòng)器等)。另外，應(yīng)該明白的是，可以使用載波來承載計(jì)算機(jī)可讀電子數(shù)據(jù)，比如在發(fā)送和 接收電子郵件或在訪問比如因特網(wǎng)或局域網(wǎng)(LAN)時(shí)使用的電子數(shù)據(jù)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)這個(gè)配置進(jìn)行許多修改而不會(huì)背離所公開的主題的范圍或精神。如本文中所使用的，術(shù)語“近似”、“大約”、“基本”以及類似術(shù)語意在具有與本領(lǐng)域 的技術(shù)人員通用且可接受的與所公開的主題相關(guān)的用法一致的更廣的含義?？催^本公開的 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些術(shù)語意在使得對(duì)所描述或要求的特定特征的描述不會(huì)將這 些特征的范圍限制到所提供的精確數(shù)值范圍。相應(yīng)地，這些術(shù)語應(yīng)該被解釋為指示對(duì)所描述和要求的主題的非實(shí)質(zhì)性或非因果性修改或變更被認(rèn)為是在所附權(quán)利要求限定的本發(fā) 明的范圍內(nèi)。應(yīng)該注意的是，本文中用來描述各個(gè)實(shí)施例的術(shù)語“示例性的”意在指示這些實(shí)施 例是可能的示例、代表和/或可能的實(shí)施例的例示(并且該術(shù)語不是意在意味著這些實(shí)施 例是必需的排他性的或最好的示例)。本文中使用的術(shù)語“耦合”、“連接”等意味著兩個(gè)構(gòu)件彼此直接或間接的接合。這 種接合可以是固定的(例如，永久性的)或可移動(dòng)的(例如，可移除的或可釋放的)。這種接 合可以利用該兩個(gè)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)、或者利用彼此集成在一起形成為單個(gè)單元主體的該兩個(gè)構(gòu)件 以及任何其他中間構(gòu)件實(shí)現(xiàn)、或者利用彼此附接的該兩個(gè)構(gòu)件和任何其他中間構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。本文中對(duì)元件的位置的引用(例如，“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”等)僅僅被 使用來描述各個(gè)元件在附圖中的方位。應(yīng)該注意的是，根據(jù)其他示例性實(shí)施例，各個(gè)元件的 方位可以不同，以及這些變化意在為本公開所包含。因此，重要的是注意到各個(gè)示例性實(shí)施例中示出的電池單元診斷系統(tǒng)和方法的構(gòu) 造和布置僅僅是例示性的。盡管僅僅少量實(shí)施例在本公開中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是看 過本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白的是，可以進(jìn)行許多修改(例如，各個(gè)元件的大 小、維度、結(jié)構(gòu)、形狀和比例的變化、參數(shù)值的變化、裝配布置的變化、材料使用的變化、顏色 的變化、方位的變化等)，而不會(huì)在實(shí)質(zhì)上背離本文中描述的主題的新型性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。例 如，被示出為一體形成的元件可以由多個(gè)部件或元件構(gòu)成，元件的位置可以顛倒或以其他 方式改變，以及可以變更或改變分離元件或位置的特性或編號(hào)。根據(jù)替換實(shí)施例，可以改變 或重新排序任何過程或方法步驟的次序或順序。還可以對(duì)所述各個(gè)示例性實(shí)施例的設(shè)計(jì)、 操作條件和布置進(jìn)行其他替代、修改、變更和省略，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)，包括電池單元放電電路，所述電池單元放電電路電耦合到至少一個(gè)電化學(xué)電池單元，并且 被配置為當(dāng)所述電池單元放電電路被激活時(shí)對(duì)至少一個(gè)電池單元進(jìn)行至少部分放電；以及電池單元測(cè)量電路，所述電池單元測(cè)量電路電耦合到所述至少一個(gè)電池單元和所述電 池單元放電電路，所述電池單元測(cè)量電路被配置為測(cè)量在激活所述電池單元放電電路之前 的和在激活所述電池單元放電電路之后的所述至少一個(gè)電池單元的電壓，其中所述電池單 元測(cè)量電路將在激活所述電池單元放電電路之前的電壓與在激活所述電池單元放電電路 之后的電壓進(jìn)行比較，以檢測(cè)在所述電壓測(cè)量中是否發(fā)生錯(cuò)誤。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果在激活所述 電池單元放電電路之前的電壓等于在激活所述電池單元放電電路之后的電壓，則檢測(cè)到錯(cuò) 誤。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果至所述至少 一個(gè)電池單元的感測(cè)線路斷開，則檢測(cè)到錯(cuò)誤。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果檢測(cè)到錯(cuò)誤， 則向電池管理系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元放電電路并行地電耦合到所述至少 一個(gè)電池單元。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路并行地電耦合到所述電池 單元放電電路。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元放電電路包括電阻器和晶體管，所述 電阻器被配置來平衡所述至少一個(gè)電池單元的電壓，以與電池系統(tǒng)中的其他電池單元的電 壓匹配，而所述晶體管被配置為用作開關(guān)來激活所述電池單元放電電路。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路包括微控制器。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述微控制器電耦合到所述電池單元放電電路的 晶體管，以便激活所述電池單元放電電路。
10.一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性的方法，包括使用與至少一個(gè)電池單元電耦合的電池單元測(cè)量電路，來測(cè)量至少一個(gè)電化學(xué)電池單 元的第一電壓；激活與所述至少一個(gè)電池單元電耦合的電池單元放電電路，來對(duì)所述至少一個(gè)電池單 元進(jìn)行至少部分放電；測(cè)量在激活所述電池單元放電電路之后的所述至少一個(gè)電池單元的第二電壓；以及將所述第一電壓與所述第二電壓進(jìn)行比較，以確定在所述至少一個(gè)電池單元的電壓測(cè)量中是否存在錯(cuò)誤。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果所述第一 電壓等于所述第二電壓，則檢測(cè)到錯(cuò)誤。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果至所述至 少一個(gè)電池單元的感測(cè)線路斷開，則檢測(cè)到錯(cuò)誤。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路被配置為如果檢測(cè)到錯(cuò) 誤，則向電池管理系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元放電電路并行地電耦合到所述至 少一個(gè)電池單元。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路并行地電耦合到所述電 池單元放電電路。
16.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元放電電路包括電阻器和晶體管，所 述電阻器被配置來平衡所述至少一個(gè)電池單元的電壓，以與電池系統(tǒng)中的其他電池單元的 電壓匹配，而所述晶體管被配置為用作開關(guān)來激活所述電池單元放電電路。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元放電電路還包括晶體管，所述晶體 管被配置為用作開關(guān)以便激活所述電池單元放電電路。
18.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電池單元測(cè)量電路包括微控制器。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述微控制器電耦合到所述電池單元放電電路 的晶體管，以便激活所述電池單元放電電路。
20.一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性的方法，包括提供與至少一個(gè)電池單元電耦合的電池單元測(cè)量電路；提供與所述至少一個(gè)電池單元電耦合的電池單元放電電路，所述電池單元放電電路被 配置為當(dāng)被激活時(shí)對(duì)所述至少一個(gè)電池單元進(jìn)行部分放電；使用所述電池單元測(cè)量電路，來測(cè)量所述至少一個(gè)電池單元的第一電壓；激活所述電池單元放電電路來對(duì)所述至少一個(gè)電池單元進(jìn)行部分放電；測(cè)量在激活所述電池單元放電電路之后的所述至少一個(gè)電池單元的第二電壓；將所述第一電壓與所述第二電壓進(jìn)行比較，以確定在所述至少一個(gè)電池單元的電壓測(cè) 量中是否存在錯(cuò)誤。
全文摘要
一種用于評(píng)估電化學(xué)電池單元電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性的系統(tǒng)，包括電池單元放電電路，所述電池單元放電電路電耦合到至少一個(gè)電化學(xué)電池單元，并且被配置為當(dāng)所述電池單元放電電路被激活時(shí)對(duì)至少一個(gè)電池單元進(jìn)行部分放電；以及電池單元測(cè)量電路，所述電池單元測(cè)量電路電耦合到所述至少一個(gè)電池單元和所述電池單元放電電路。所述電池單元測(cè)量電路被配置為測(cè)量在激活所述電池單元放電電路之前的和在激活所述電池單元放電電路之后的所述至少一個(gè)電池單元的電壓。所述電池單元測(cè)量電路將在激活所述電池單元放電電路之前的電壓與在激活所述電池單元放電電路之后的電壓進(jìn)行比較，以檢測(cè)在所述電壓測(cè)量中是否發(fā)生錯(cuò)誤。
文檔編號(hào)G01R19/02GK102105808SQ200980129289
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者E·莫貝爾, O·韋利奧, S·J·伍德 申請(qǐng)人:江森自控帥福得先進(jìn)能源動(dòng)力系統(tǒng)有限責(zé)任公司