具有多個監(jiān)控ic芯片的蓄電池管理單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蓄電池管理單元，其具有多個監(jiān)控IC芯片(12)，其中，多個監(jiān)控IC芯片(12)中的每個被構造用于獲取至少一個蓄電池單池或者至少一個包括預先確定的數量的蓄電池單池的蓄電池模塊(10)的至少一個工作參數，并且連接到第一總線(14)。此外，該蓄電池管理單元還包括基本監(jiān)控IC芯片(16)，其同樣連接到第一總線(14)并且被構造用于，通過第一總線(14)與多個監(jiān)控IC芯片(12)中每個進行通信。以及該蓄電池管理單元還包括控制裝置(18)，其中，基本監(jiān)控IC芯片(16)和控制裝置(18)連接到第二總線(20)并且被構造用于，通過第二總線(20)相互通信。該基本監(jiān)控IC芯片(16)和控制裝置(18)安置在共同的電路板(22)上。
【專利說明】具有多個監(jiān)控IC芯片的蓄電池管理單元

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個監(jiān)控IC芯片的蓄電池管理單元、具有根據本發(fā)明的蓄電池管理單元的蓄電池以及具有根據本發(fā)明的蓄電池的機動車。

【背景技術】
[0002]當前尤其在混合動力和電動車輛上，蓄電池使用鋰離子或者鎳金屬氫化物技術，其具有大量的串聯(lián)的電化學蓄電池單池。蓄電池管理單元被設置用于監(jiān)控蓄電池，并除了安全監(jiān)控以外應保證盡可能長的使用壽命。為此測量每個單個蓄電池的電壓與蓄電池電流和蓄電池溫度并進行狀態(tài)估計(例如蓄電池的充電狀態(tài)或者老化狀態(tài))。為了使使用壽命最大化，隨時獲悉蓄電池的實際給出的最大有效功率，即最大可給出的或最大可接收的電功率是有用的。若超過這個有效功率，則該蓄電池能夠急劇加速老化。
[0003]為了使準確測量每個單個蓄電池單元的電壓或者至少每個包括預先確定的數量的蓄電池單池的蓄電池模塊的電壓成為可能，根據技術現(xiàn)狀已知多種蓄電池管理單元，其包括多個相繼連接的監(jiān)控IC(集成電路)芯片，該監(jiān)控IC芯片此外還能夠進行電壓測量，并以菊花鏈的形式連接到內部總線，該內部總線使單個監(jiān)控IC芯片之間的通信成為可能，而無需電流隔離或者使用高壓電子技術。在此監(jiān)控IC芯片與從待監(jiān)控的蓄電池單池或者蓄電池模塊中提供的電源電壓一起處于電壓鏈中，并這樣地彼此通信，使得每個監(jiān)控IC芯片只與相鄰的監(jiān)控IC芯片通信并且從具有較高的電壓電平的監(jiān)控IC芯片產生的通信數據傳遞給處于較低的電壓電平的監(jiān)控IC芯片。
[0004]基本監(jiān)控IC芯片安置在關于通信總線的電壓電平的最低端，其同樣連接到第一通信總線并能夠從多個監(jiān)控IC芯片中每個中接收消息。此外，該基本監(jiān)控IC芯片通過第二總線與控制裝置連接，該控制裝置通過第二總線接收進一步遞送的數據。在基本監(jiān)控IC芯片和控制裝置之間通常進行電流隔離。
[0005]該監(jiān)控IC芯片一般放置在分配給它的蓄電池模塊附近，并且用于通過第一內部總線以及第二外部總線的通信的連接通過安裝電纜束來實現(xiàn)。
[0006]根據現(xiàn)有技術已知IC芯片，其按照模塊化原則或者能夠配置成電壓鏈下端的基本監(jiān)控IC芯片，即具有用于與控制裝置進行外部通信的接口以及與電壓鏈上其他的監(jiān)控IC芯片進行通信的接口，或者能夠配置成菊花鏈上的監(jiān)控IC芯片。
[0007]用于在各個監(jiān)控IC芯片之間進行內部通信的第一總線通常被設置針對減小的EMV(電磁兼容性)輻射和增大的EMV輻射耐受力，而用于控制裝置的外部通信的第二總線一般適用標準化的而且非專用的總線，其用于與包括微控制器的控制裝置進行通信。在此通常使用從EMV的觀點看不考慮通過較長距離的經由電纜運載的協(xié)議。


【發(fā)明內容】

[0008]根據本發(fā)明提供一種具有多個監(jiān)控IC芯片的蓄電池管理單元。IC芯片也被理解為集成電路或微芯片。多個監(jiān)控IC芯片中的每個被構造用于獲取至少一個蓄電池單池的至少一個工作參數。此外，多個監(jiān)控IC芯片中的每個都連接到第一總線。該蓄電池管理單元還包括同樣連接到第一總線的基本監(jiān)控IC芯片。該基本監(jiān)控IC芯片被構造用于通過第一總線與多個監(jiān)控IC芯片中的每個進行通信。此外，該蓄電池管理單元還包括控制裝置。該基本監(jiān)控IC芯片和該控制裝置連接到第二總線并且被構造用于，通過第二總線彼此通信。在此，該基本監(jiān)控IC芯片和該控制裝置安置在共同的電路板上。
[0009]該基本監(jiān)控IC芯片能夠被構造用于通過第一總線應用第一總線協(xié)議和通過第二總線應用不同于第一總線協(xié)議的第二總線協(xié)議進行通信。通常，作為用于在各個監(jiān)控IC芯片之間進行內部通信和將其數據傳遞到基本監(jiān)控IC芯片的第一總線協(xié)議，使用這樣的使屬于第一總線的電纜通過分配給單個蓄電池單池或者蓄電池模塊的不同的電路板之間的較長的距離的引導成為可能的協(xié)議，其被這樣地選擇，使得其耐受EMV并且對干擾輻射是足夠魯棒的。在此經常涉及差分的、非標準化的協(xié)議。反之，作為用于在基本監(jiān)控IC芯片和控制裝置之間進行外部通信的第二總線協(xié)議，通常使用標準化的并且不是被構造用于在電纜上通過較長的距離進行引導的協(xié)議。其示例是SPI (串行外圍接口)總線或者I2C(集成電路間)總線。這樣的協(xié)議關于EMV產生高的輻射度，因為往往無差分總線地傳輸高的數據率。另一方面，通常使用的協(xié)議對電磁輻射敏感，因為數據是單端傳遞的。當在此在第二總線的電纜上受到由外部干擾源產生的附加的干擾信號時，這能夠導致所連接的組件再無法理解第二總線協(xié)議。通過該基本監(jiān)控IC芯片和控制裝置安置在共同的電路板上，該第二總線也能夠被這樣地安置在電路板上，使得該第二總線避免電磁的輻射射入和輻射射出。
[0010]優(yōu)選地，該基本監(jiān)控IC芯片不是構造用于獲取蓄電池單池或者蓄電池模塊的工作參數。這具有以下優(yōu)點，不需要有測量電纜從蓄電池單池或者蓄電池模塊引到包括基本監(jiān)控IC芯片的電路板。因此，該基本監(jiān)控IC芯片不像分配給單個蓄電池單池或者蓄電池模塊的其余的多個監(jiān)控IC芯片，而是僅僅用來收集由監(jiān)控IC芯片產生的通信數據，并進一步傳遞給控制裝置。只需要用于第一總線的內部通信的電纜束引向包括基本監(jiān)控IC芯片和控制裝置的電路板。
[0011]此外優(yōu)選地，多個監(jiān)控IC芯片中的至少一些以菊花鏈拓撲的形式連接到第一總線。
[0012]在該電路板上能夠安置電流隔離單元，其將基本監(jiān)控IC芯片與控制裝置彼此電流隔離。
[0013]多個監(jiān)控IC芯片中的每個被構造用于獲取蓄電池單池或者蓄電池模塊的電壓。
[0014]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中規(guī)定，基本監(jiān)控IC芯片作為主機配置在第一總線上，而多個監(jiān)控IC芯片中的每個則作為從機配置在第一總線上。
[0015]在該電路板上能夠安置電壓供給單元，其被構造用于向基本監(jiān)控IC芯片提供電源電壓。
[0016]該基本監(jiān)控IC芯片能夠被構造用于獲取包括多個蓄電池單池的蓄電池的至少另一個工作參數，尤其是蓄電池電流或者蓄電池總電壓。
[0017]本發(fā)明的另一個方面涉及一種具有根據本發(fā)明的蓄電池管理單元的蓄電池，優(yōu)選為鋰離子蓄電池，以及具有根據本發(fā)明的蓄電池的機動車。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]根據附圖和下面的說明進一步闡述本發(fā)明的實施例。其中:
[0019]圖1示出了按照現(xiàn)有技術的蓄電池管理單元；
[0020]圖2和3示出了根據本發(fā)明的第一實施例的蓄電池管理單元；以及
[0021]圖4示出了根據本發(fā)明的第二實施例的蓄電池管理單元。

【具體實施方式】
[0022]圖1示出了按照現(xiàn)有技術的蓄電池管理單元，其是整體用100標示的蓄電池的一部分。該蓄電池管理單元包括多個監(jiān)控IC芯片12，該些監(jiān)控IC芯片以菊花鏈拓撲連接在內部總線14上。多個監(jiān)控IC芯片12中的每個被構造用于，測量分配給它的蓄電池模塊10上施加的電壓，其中，蓄電池模塊10包括預先確定的數目的蓄電池單池，例如6個至12個蓄電池單池(在圖1中只是示意地示出)。蓄電池模塊10還能夠只包括一個蓄電池單池，在這種情況下分配給該蓄電池單池的監(jiān)控IC芯片12測量在該蓄電池單池處的單個電壓。多個蓄電池模塊10是串聯(lián)連接的。每個蓄電池模塊10向分配給它的監(jiān)控IC芯片12提供供電電壓，使得多個監(jiān)控IC芯片12處于上升的電壓鏈中。
[0023]每個監(jiān)控IC芯片12通過內部總線14在必要的情況下從電壓鏈上位的監(jiān)控IC芯片12接收數據并且把所接收的數據連同它本身產生的數據一起傳遞給處于電壓鏈上更低的相鄰的監(jiān)控IC芯片12。在該電壓鏈下端安排基本監(jiān)控IC芯片16，它接收所有由監(jiān)控IC芯片12產生的遞送來的數據，并通過與之連接的外部總線20進一步遞送給同樣連接在外部總線20上的并包括一個或者兩個微控制器的控制裝置18。每個監(jiān)控IC芯片12都安置在各自的電路板上，該電路板安置在分配給它的蓄電池模塊10附近。
[0024]內部總線14使用差分協(xié)議，其考慮到魯棒性和電磁兼容性被這樣地選擇，使得內部總線14的電纜能夠通過一個較長的距離并通過多個電路板引導，而在內部總線14上的通信不受干擾。反之，在外部總線20上使用一個總線協(xié)議，其是單端傳遞而且用一個微控制器針對通信進行優(yōu)化。這樣的協(xié)議在電磁兼容性方面易受干擾，而且尤其不是為了通過較長的電纜距離傳遞而設計的。
[0025]電流隔離單元24 —方面隔離基本監(jiān)控IC芯片16與外部總線20的第一部分，而另一方面，外部總線20的第二部分和控制裝置18彼此隔離。此外，在該電流隔離單元24中設置外部總線20的第一部分的電壓供給。
[0026]圖2示出了按照本發(fā)明的第一實施例的蓄電池管理單元。與圖1所示的按照現(xiàn)有技術的蓄電池管理單元相反，按照本發(fā)明的蓄電池管理單元具有共同的電路板22，在該電路板上安置基本監(jiān)控IC芯片16和控制裝置18。該基本監(jiān)控IC芯片16不分配給任何蓄電池模塊10。相反地，只有其他的監(jiān)控IC芯片12分別分配給蓄電池模塊10，以測量其電壓。通過基本監(jiān)控IC芯片16不分配給蓄電池模塊，不需要把測量電纜從蓄電池模塊引到控制裝置的電路板22上。
[0027]處于由多個安置在菊花鏈拓撲中的監(jiān)控IC芯片12形成的電壓鏈的下端的基本監(jiān)控IC芯片16，通過內部總線14接收由多個監(jiān)控IC芯片12遞送的數據，并通過外部總線20將其發(fā)送到控制裝置18。通過該基本監(jiān)控IC芯片16和控制裝置18安排在一個共同的電路板上，外部總線20能夠這樣地在該電路板上安置，使得防止電磁輻射進入和射出該外部總線。例如，外部總線20能夠通過電路板22的連續(xù)的接地位置布置，以此防止電磁耦合。安置在電路板22上的基本監(jiān)控IC芯片16到用于蓄電池電壓測量的第一模塊10之間的連接通過具有優(yōu)于外部總線20的EMV特性的內部總線的14的電纜束實現(xiàn)。
[0028]電流隔離單元24安置在電路板22上，它把基本監(jiān)控IC芯片16與控制裝置18彼此電流隔離。
[0029]在圖2所示的配置上基本監(jiān)控IC芯片16能夠作為主機配置在第一總線14上，而多個監(jiān)控IC芯片12中的每個作為從機配置。
[0030]按照本發(fā)明的第一實施例，該蓄電池管理單元還能夠被這樣構造，使得控制裝置18獲取其他的測量量，該些測量量對于評估蓄電池100的按規(guī)定的功能性是重要的，如圖3所示。電流測量裝置26獲取流過蓄電池100的蓄電池電流。電壓測量單元28測量蓄電池100的總電壓。這兩個測量裝置26、28將其測量數據通過電流隔離單元30、32傳輸給控制裝置18。該相關的多個測量量對應于多個量，該多個量與蓄電池100電流連接。
[0031]圖4示出了按照本發(fā)明的第二實施例的蓄電池管理單元，其由此不同于圖3所示的實施例，即通過測量單元26、28確定的測量數據傳輸給基本監(jiān)控IC芯片16。通過該基本監(jiān)控IC芯片16通過電流隔離單元24與控制裝置18電流隔離，在這種情況下省去測量單元26、28的附加的電流隔離的必要性，例如它們通過圖3的電流隔離單元30、32變換。因此這是有利的，因為電流隔離總是與高成本相連，其對蓄電池管理單元的成本產生影響。
[0032]由于基本監(jiān)控IC芯片16不分配給蓄電池模塊10，也不進行蓄電池模塊10的電壓測量，該基本監(jiān)控IC芯片通常具有未使用的多個測量輸入端，該多個測量輸入端能夠被用于測量其他的參數，該些參數與蓄電池電壓的電位相聯(lián)系。于是，該些測量值能夠通過外部總線20和通過已經存在的電流隔離單元24傳遞給控制裝置18。用作基本監(jiān)控IC芯片16的組件通常能夠測量六至十二個蓄電池電壓，并通過NTC (負溫度系數)測量傳感器測量二至六個溫度，并且該組件通常還占用可供自由使用的其上能夠測量電壓的輸入端。因此，該未使用的多個輸入端供用于測量其他的電壓的相應的電路支配。因此，必須由控制裝置18確定的其他參數能夠用相應的適應電路借助于該些未使用的輸入端被測量。
[0033]以此免去對于測量通常需要的電流隔離以及測量值要求的數字化。
【權利要求】
1.一種蓄電池管理單元，其具有多個監(jiān)控IC芯片(12)，其中，所述多個監(jiān)控IC芯片(12)中的每個被構造用于獲取至少一個蓄電池單池或者包括預先確定的數量的蓄電池單池的蓄電池模塊(10)的至少一個工作參數并且連接到第一總線(14);所述蓄電池管理單元還具有基本監(jiān)控IC芯片(16)，所述基本監(jiān)控IC芯片同樣連接到所述第一總線(14)并且被構造用于，通過所述第一總線(14)與所述多個監(jiān)控IC芯片(12)中的每個進行通信；所述蓄電池管理單元還具有控制裝置(18)，其中，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)和所述控制裝置(18)連接到第二總線(20)并且被構造用于，通過所述第二總線(20)相互通信，其特征在于，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)和所述控制裝置(18)被安置在共同的電路板(22)上。
2.根據權利要求1所述的蓄電池管理單元，其中，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)被構造用于通過所述第一總線(14)應用第一總線協(xié)議并且通過第二總線(20)應用第二總線協(xié)議進行通信。
3.根據權利要求1或2所述的蓄電池管理單元，其中，所述第二總線(20)如此地安置在所述電路板(22)上，使得所述第二總線避免電磁的輻射進入和輻射射出。
4.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)不被構造用于獲取蓄電池單池或蓄電池模塊(10)的工作參數。
5.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，所述多個監(jiān)控IC芯片(12)中的至少一些以菊花鏈拓撲連接到所述第一總線(14)。
6.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，在所述電路板(22)上安置有電流隔離單元(24)，所述電流隔離單元將所述基本監(jiān)控IC芯片(16)與所述控制裝置(18)彼此電流隔離。
7.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，所述多個監(jiān)控IC芯片(12)中的每個被構造用于獲取蓄電池單池或者蓄電池模塊(10)的電壓。
8.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)作為主機配置在所述第一總線(14)上，并且其中，所述多個監(jiān)控IC芯片(12)中的每個作為從機配置在所述第一總線(14)上。
9.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，在所述電路板(22)安置有電壓供給單元(24)，所述電壓供給單元被構造用于為所述基本監(jiān)控IC芯片(16)提供電源電壓。
10.根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元，其中，所述基本監(jiān)控IC芯片(16)被構造用于獲取包括多個蓄電池單池(10)的蓄電池(100)的至少另一個工作參數，尤其是蓄電池電流或蓄電池總電壓。
11.一種蓄電池(100)，其具有多個蓄電池單池(10)和根據上述權利要求中任一項所述的蓄電池管理單元。
12.—種機動車，尤其是電動車，其包括根據權利要求11所述的蓄電池。
【文檔編號】H02J7/00GK104081617SQ201280053449
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權日:2011年11月4日
【發(fā)明者】K·特爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社