專利名稱：能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題涉及功率提供電路，并且，更具體地，涉及監(jiān)測(cè)串聯(lián)的能量存儲(chǔ)單元的電路和方法。
背景技術(shù)：
能量存儲(chǔ)系統(tǒng),如蓄電池或者超級(jí)電容器能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理,對(duì)保證該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)及由該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)供電的設(shè)備的長壽命，高效率和可靠性來說是必要的。適當(dāng)?shù)墓芾硪髮?shí)時(shí)獲知單元電壓，例如，在各個(gè)能量存儲(chǔ)單元上的電壓應(yīng)該被持續(xù)的監(jiān)測(cè)。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括多個(gè)串聯(lián)連結(jié)，即“堆棧”的能量存儲(chǔ)單元，以便在該堆棧頂部附近的各個(gè)單元可以相對(duì)于系統(tǒng)接地處于高的電壓。圖I圖示了代表能量存儲(chǔ)系統(tǒng)例子的電池10。該電池10由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成。當(dāng)被設(shè)置靠近接地端的單元處在低電勢(shì)，連接在該電池堆棧的另一側(cè)的其它單元可能處在高電勢(shì)。例如，圖I中所示的81個(gè)4. 2V單元將產(chǎn)生大約340V的總電壓。因此，能夠測(cè)量各個(gè)單元的電壓的電壓測(cè)量裝置必須承受非常高的電壓。對(duì)于堆棧電池管理使用如此高電壓的測(cè)量裝置將會(huì)是非常昂貴并且易于出錯(cuò)的。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的另一個(gè)示例是超級(jí)電容系統(tǒng)。超級(jí)電容器代表電能存儲(chǔ)領(lǐng)域的最新創(chuàng)新之一，并且在涉及質(zhì)量能量存儲(chǔ)，功率分配等多種應(yīng)用中占有一席之地。在混合動(dòng)力車和作為電池電動(dòng)車的輔助存儲(chǔ)的汽車應(yīng)用方面，它們受到特別的關(guān)注。與典型的電容器相比，這些新的部件允許高得多的能量密度，以及更高的功率密度。超級(jí)電容器可以基于雙層電容器技術(shù)制造以增加它們的電荷密度。然而，雙層電容器具有相對(duì)低的最高電壓。為了達(dá)到可接受的功率轉(zhuǎn)換效率這使得串聯(lián)單元支持在更高電壓上的操作成為必須的。單元電壓越高，雙層電容器的預(yù)期壽命也就越短。因此，在超級(jí)電容器系統(tǒng)上的單元電壓應(yīng)當(dāng)被監(jiān)測(cè)以避免在各個(gè)單元上的電壓超過最大值。并且，在充電過程中超級(jí)電容器必須被監(jiān)測(cè)以避免充電電壓超過額定電壓。在高共模中測(cè)量電壓的常用方法涉及4電阻差值放大器，其具有被按照共模電壓分配器設(shè)置的電阻網(wǎng)絡(luò)。例如，該設(shè)置被用在由本發(fā)明的申請(qǐng)人，Linear TechnologyCorporation開發(fā)的LT 1990差值放大器中。然而，在電阻網(wǎng)絡(luò)中匹配電阻是一個(gè)難題。隨著共模電壓增加，誤匹配電阻可能損害測(cè)量精確性。同時(shí)，該電阻分配器代表在電池上的負(fù)載。另一種已知的測(cè)量電壓的方法包括容性開關(guān)。該方法被用于測(cè)量低電壓，例如，在由本申請(qǐng)的申請(qǐng)人，Linear Technology Corporation開發(fā)的LTC 1043雙開關(guān)電容器結(jié)構(gòu)模塊。在該模塊中，一對(duì)開關(guān)交替將一外接電容器連接到一輸入電壓并隨后通過一輸出端口連接該充電后的電容器。然而，在高共模電壓下，該方法將需要高電壓MOSFET管，這在單片芯片中是不易于獲得的。另一個(gè)公知的方法包括直接數(shù)字化，并對(duì)數(shù)字信息電平位移。該類型的測(cè)量由Mark Thoren在題為“16位ADC簡化電流測(cè)量”的LinearTechnology設(shè)計(jì)記錄DN341中描述，雖然該設(shè)計(jì)記錄涉及的是電流測(cè)量而非電壓測(cè)量。該設(shè)計(jì)記錄描述了一種使用16位Delta-Sigma模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于直流(DC)測(cè)量的-48V電信源電流監(jiān)測(cè)器。該監(jiān)測(cè)器使用光隔離器作為用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的電平位移裝置。然而，該方法適合于少量的測(cè)量。在大量單元上測(cè)量電壓會(huì)需要很多光隔離器(或晶體管)并且變得笨重。因此，希望產(chǎn)生一種簡單并高效的用于在多個(gè)串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)單元上監(jiān)測(cè)電壓的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于在由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)各個(gè)單元的電路和方法。該系統(tǒng)包括具有至少第一和第二監(jiān)測(cè)器的一監(jiān)測(cè)器串組。該第一監(jiān)測(cè)器 在該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)至少一個(gè)第一單元以產(chǎn)生第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。該第二監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)在該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)至少一個(gè)第二單元以產(chǎn)生第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。該第一監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于向第二監(jiān)測(cè)器傳送第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。特別地，所述第一監(jiān)測(cè)器可以被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)包括所述第一單元的第一組單元，且所述第二監(jiān)測(cè)器可以監(jiān)測(cè)包括所述第二單元的第二組單元。所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以表示在所述第一組單元中的各個(gè)單元的至少一個(gè)參數(shù)，并且所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以表示在所述第二組單元中的各個(gè)單元的至少一個(gè)參數(shù)。例如，所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以表示在各個(gè)單元上的電壓，以及影響該單元的溫度。所述第一和第二監(jiān)測(cè)器可以是在所述串組中相鄰的監(jiān)視器，所述串組進(jìn)而還包括一第三監(jiān)測(cè)器，該第三監(jiān)測(cè)器與所述第二監(jiān)視器相鄰并被構(gòu)造用于在所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)至少一第三單元以產(chǎn)生第三監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。所述第三單元監(jiān)測(cè)器可以進(jìn)一步被構(gòu)造為通過所述第二監(jiān)測(cè)器從所述第一監(jiān)測(cè)器接收所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并且從所述第二監(jiān)測(cè)器接收所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，監(jiān)測(cè)器可以通過相鄰監(jiān)測(cè)器向控制器傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。所述控制器可以通過相鄰的監(jiān)測(cè)器生成向所述監(jiān)測(cè)器傳送的控制數(shù)據(jù)?？刂茢?shù)據(jù)可以響應(yīng)所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而生成。例如，當(dāng)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)正在被充電時(shí)，所述控制數(shù)據(jù)可以防止在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)單獨(dú)的單元被過充電。為響應(yīng)與特定單元相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該監(jiān)測(cè)器可以產(chǎn)生一分流，該分流迫使充電電流繞過該單元。所述監(jiān)測(cè)器可以具有由所述控制數(shù)據(jù)控制的開關(guān)以產(chǎn)生所述分流。按照本發(fā)明的方法，第一組單元可以被第一監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)以產(chǎn)生第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第二組單元可以被第二監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)以產(chǎn)生第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以被傳輸給第二監(jiān)測(cè)器以便傳遞給控制器。在相反的方向上，控制數(shù)據(jù)可以通過所述第二監(jiān)測(cè)器從所述控制器被傳送給所述第一監(jiān)測(cè)器。為響應(yīng)所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所述控制數(shù)據(jù)可以被傳送以控制在所述第一組單元中的一個(gè)單元的條件。
從下面的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它優(yōu)勢(shì)和方面將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員更加明顯，其中本發(fā)明的實(shí)施例被示出和描述，僅作為旨在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的示例。如將要被描述的，本發(fā)明能夠以其它和不同的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)，并且它的各個(gè)細(xì)節(jié)在各種明顯的方面是易于修改的，均不背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。相應(yīng)地，附圖和描述自然被看作是示例而非限制。


當(dāng)結(jié)合以下附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)描述能夠被最好地加以理解，其中各技術(shù)特征不是為了度量而繪制，而是為了最好地圖示相關(guān)技術(shù)特征而繪制，其中圖I圖示了包括串聯(lián)連接的多個(gè)單元的電池。圖2圖示了本發(fā)明的一示例性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。圖3示出了在本發(fā)明的系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)單元的示例性應(yīng)用。圖4圖示了包括控制器和以串級(jí)鏈連接的多個(gè)監(jiān)測(cè)單元的一示例性設(shè)置。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將使用監(jiān)測(cè)電路的特定實(shí)例來實(shí)現(xiàn)。然而明顯地，本發(fā)明的概念可用于任何電路，以監(jiān)測(cè)具有多個(gè)單元的任何能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。圖2表示本發(fā)明的一示例性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100，用于監(jiān)測(cè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102，該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102由在其末端之間的η個(gè)單元Cl至Cn串聯(lián)連接組成。在圖示的實(shí)施例中，單元Cl至Cn可以是通常被用于消費(fèi)電子和混合動(dòng)力電動(dòng)車等應(yīng)用當(dāng)中的鋰-離子(Li-Ion)電池。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，單元Cl至Cn可以是任何能量存儲(chǔ)元件。例如，它們可以是超級(jí)電容器單元。所述單元Cl可以被連接到接地端，而所述單元Cn可以被連接到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的高電勢(shì)端，例如，連接至+350V端。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100包括一串組m個(gè)電池監(jiān)測(cè)單元BMl至BMm，其中每一個(gè)可以被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)預(yù)定數(shù)量的單元C。被各個(gè)單元BM監(jiān)測(cè)的單元C的數(shù)量可以從I至16或更多。這一數(shù)量可由監(jiān)測(cè)單元BM承受電壓的能力來決定。例如，每個(gè)單元BM的承受能力可以為大約60V。同樣，被監(jiān)測(cè)單元C的數(shù)量可以由半導(dǎo)體芯片的管腳數(shù)量限制，在該芯片上提供一特定單元BM。例如，圖2示出監(jiān)測(cè)單元BMl監(jiān)測(cè)3個(gè)單元Cl至C3，單元BM2監(jiān)測(cè)3個(gè)單元C4至C6,等等。最終,監(jiān)測(cè)單元BMm監(jiān)測(cè)2個(gè)單元Cn-I和Cn。該監(jiān)測(cè)單元BM可以通過確定，例如在每個(gè)單元C上的電壓，或者影響單元C的溫度等參數(shù)來監(jiān)測(cè)單元C的狀況。每個(gè)監(jiān)測(cè)單元BM可以用被各個(gè)單元BM所監(jiān)測(cè)的單元組來供電。另選地，監(jiān)測(cè)單元BM可以使用獨(dú)立于被監(jiān)測(cè)單元C的供電電源。相鄰的監(jiān)測(cè)單元BM可以監(jiān)測(cè)單元C的相鄰組。例如，監(jiān)測(cè)單元BMl可以監(jiān)測(cè)單元Cl至C3，而與BMl相鄰的單元BM2可以監(jiān)測(cè)單元C4至C6。另選地，相鄰的單元BM可以監(jiān)測(cè)單元C的任何預(yù)定組。每對(duì)相鄰單元BM由通信鏈路104連接，該鏈路在單元之間提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。如圖2所示，通信鏈路104可以被設(shè)置在單元BMl和單元BM2之間，單元BM2和單元BM3之間，單元BM3和下一個(gè)監(jiān)測(cè)單元之間，最終，在單元BMm-I和單元BMm之間。通信鏈路104中的每一個(gè)都可以被構(gòu)造用來提供相鄰的單元BM之間的串行和/或并行的數(shù)據(jù)傳送。盡管圖2表示每個(gè)通信鏈路104由6條線路組成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到，通信鏈路104可以包括所需要的任何數(shù)量的線路，以支持按照選定的串行和/或并行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。例如，如下面更詳細(xì)討論的，該通信鏈路104可以支持與接口相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如串行外圍接口(SPI)，該接口在監(jiān)測(cè)單元BMl和外部控制器之間建立，該外部控制器可以被鏈接到單元BMl用于從監(jiān)測(cè)單元BMl至BMm上接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和/或向它們提供控制數(shù)據(jù)。另選地，該外部控制器可以被連接到任何其它監(jiān)測(cè)單元BM。每個(gè)通信鏈路104可以以串行和/或并行方式支持相鄰單元BM之間的監(jiān)測(cè)和控制數(shù)據(jù)的雙向傳輸。例如，在監(jiān)測(cè)單元的串組上由監(jiān)測(cè)單元BMk生成的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以從單元BMk被“向下”傳送至與單元BMk相鄰的監(jiān)測(cè)單元BMk-Ι，其中單元BMk可以是在BMl和BMm之間的任意監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)比由單元BMk-I監(jiān)測(cè)的單元C離接地端更遠(yuǎn)，且比由單元BMk+Ι監(jiān)測(cè)的單元C離接地端更近的單元C。如果單元BMk-I不被連接到控制器，它將通過下一個(gè)通信鏈路104傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至單元BMk-2，等等?？刂茢?shù)據(jù)可以被以相反的方向從單元BMk-I傳送至單元BMk,然后接著,從單元BMk傳送至單元BMk+Ι。例如,控制數(shù)據(jù)可以以并行格式被傳送，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以以串行方式被移動(dòng)。另選地，監(jiān)測(cè)和控制數(shù)據(jù)二者均可以以相似的方式-并行或者串行方式來傳送。 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以包括由各個(gè)監(jiān)測(cè)單元BM監(jiān)測(cè)的一個(gè)或一組單元的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，如單元電壓和溫度。控制數(shù)據(jù)可以包括用于識(shí)別一個(gè)特定單元或者一組單元的地址信息，以及/或者與一個(gè)特定單元或者一組單元相聯(lián)系用于指示將要被執(zhí)行的操作的控制信
肩、O例如，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100可以監(jiān)測(cè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的充電。由于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的各個(gè)單元C可能在不同的時(shí)刻轉(zhuǎn)為完全充電，當(dāng)某個(gè)特定單元達(dá)到預(yù)定電壓時(shí)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100可以被控制用于停止或減慢其的充電以防止它被損壞。特別地，在充電過程中，監(jiān)測(cè)單元BM可以監(jiān)測(cè)在每個(gè)單元C上的電壓和影響該單元C的溫度。通過通信鏈路104，由單元BMk確定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以被傳送給相鄰單元BMk-I，然后從單元BMk-I至下一單元BMk-2，直至該傳送數(shù)據(jù)達(dá)至被連接到控制器的單元BMl。所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從單元BMl被傳輸給該控制器，該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以確定特定單元Ci在預(yù)定溫度下達(dá)到了預(yù)定電壓?；谠撔畔?，控制器可以產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)用于識(shí)別該單元Ci并且通知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100以防止該單元Ci再繼續(xù)被充電。該控制數(shù)據(jù)被傳輸給連接到所述控制器的單元BMl。通過通信鏈路104控制數(shù)據(jù)從單元BMl被傳送給下一單元BM2,接著從單元BM2至下一 BM單元,直至所述控制數(shù)據(jù)到達(dá)監(jiān)測(cè)單元Ci的單元BMk。所述控制數(shù)據(jù)可以使單元BMk采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作來防止單元Ci被繼續(xù)充電。例如，如稍后詳細(xì)描述的，在單元BMk的一分立開關(guān)可以被控制以產(chǎn)生繞過該單元Ci的充電電流分流，以便使充電電流沿支路通過單元Ci。圖3圖示了在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100中監(jiān)測(cè)單元BMk的一示例性設(shè)置。監(jiān)測(cè)單元BMk可以被設(shè)置在監(jiān)測(cè)單元BM串組中的單元BMk+Ι和BMk-I之間，以監(jiān)測(cè)由12個(gè)單元Ci，Ci+l，...，Ci+11組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的12單元組。為了符合單元BMk的電壓承受能力，該12單元組Ci至Ci+11可以在該單元組的V+和V-端之間被選擇以提供低于60V的總電壓。該監(jiān)測(cè)單元BMk可以被實(shí)現(xiàn)在由該單元組提供的電壓供電的芯片上。監(jiān)測(cè)單元BMk可以包括復(fù)用器202，該復(fù)用器202具有連接貫穿單元Ci至Ci+11中的每一個(gè)的多個(gè)并行輸入以確定在各個(gè)單元Ci至Ci+11上的電壓。復(fù)用器202的輸出可以作為單元電壓值的單一序列來表示多個(gè)輸入單元電壓。開關(guān)Si至Si+ΙΙ可以分別連接到單元Ci至Ci+11以控制其狀況。具體地，開關(guān)Si至Si+ΙΙ可以被控制來分流各個(gè)單元。例如，在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102充電過程中，開關(guān)S中的任意一個(gè)均可以被轉(zhuǎn)換至ON狀態(tài)以為充電電流提供繞過各單元C的支路。因此，可以避免各個(gè)單元C被過充電。例如，場(chǎng)致晶體管可以被用作開關(guān)Si至Si+ΙΙ。功率電阻器Ri至Ri+ΙΙ可以被連接到各個(gè)開關(guān)Si至Si+ΙΙ以限制電流并控制功率消耗。例如，電阻器Ri至Ri+ΙΙ可以具有在10-100 Ω內(nèi)的值。同樣，復(fù)用器202可以被連接到芯片溫度傳感器204，其向復(fù)用器提供輸入信號(hào)用于表示在其上形成單元BMk的芯片的內(nèi)部溫度。另外，單元BMk可以使用連接到該芯片的電阻分配器R1，R2用于確定相對(duì)于所述芯片的外部溫度。電阻分配器可以包括溫度傳感電阻器R1，如具有負(fù)向溫度系數(shù)(NTC)的電阻器，和連接到提供如I. 2V的參考電壓的參考電壓源206的電阻器R2。該電阻分配器R1，R2向復(fù)用器202提供指示外部溫度的輸入信號(hào)。內(nèi)部和外部芯片溫度信息可以表示在復(fù)用器202的輸出上，以及表示在單元Ci至 Ci+11上的電壓的電壓序列。模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器208可以把復(fù)用器202的模擬輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。參考電壓源206可以提供執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換所需要的參考電壓。因此，A/D轉(zhuǎn)換器208的數(shù)字輸出信號(hào)代表由監(jiān)測(cè)單元BMk監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括在單元Ci至Ci+11中每個(gè)上的電壓信息和影響單元Ci至Ci+11的內(nèi)部和外部芯片溫度的信息。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被提供給結(jié)果寄存器和通信電路210，其可以執(zhí)行電平移位并通過通信鏈路104向單元BMk-I提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸,所述單元BMk-I監(jiān)測(cè)比單元BMk監(jiān)測(cè)的單元Ci至Ci+11更靠近接地端連接的由單元Ci-I至Ci-12組成的下一單元組。另選地,如果電路210被設(shè)置在連接到所述控制器的“底”監(jiān)測(cè)單元BM1，電路210向所述控制器傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。另外，電路210可以被其它通信鏈路104連接到單元BMk+Ι，所述單元BMk+Ι可以監(jiān)測(cè)比單元Ci至Ci+11離接地端更遠(yuǎn)的由單元Ci+12至Ci+24組成的單元組。通過該通信鏈路，單元BMk的電路210接收由單元BMk+Ι至BMm監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，并傳送該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)給單元BMk-Ι。例如，電路210可以包括硬件連接以把從單元BMk+Ι接收的數(shù)據(jù)傳送給單元BMk-I。另外，單元BMk的電路210可以被構(gòu)造用于通過通信鏈路104從單元BMk-I接收數(shù)據(jù)。例如，控制數(shù)據(jù)可以從單元BMk-I被傳輸給單元BMk。如果控制數(shù)據(jù)與被單元BMk監(jiān)測(cè)的單元Ci至Ci+11中的任何一個(gè)相關(guān)，電路210可以產(chǎn)生信號(hào)來執(zhí)行由控制數(shù)據(jù)指示的操作。例如，從單元BMk-I接收的控制數(shù)據(jù)可以要求避免單元Ci至Ci+11中一個(gè)或多個(gè)被充電。在這種情況下，電路210可以產(chǎn)生被提供給各個(gè)開關(guān)Si至Si+11的門的控制信號(hào)以便將開關(guān)置于ON狀態(tài)，從而建立繞過相應(yīng)單元的充電電流分流。如果來自單元BMk-I的數(shù)據(jù)與單元Ci至Ci+11不相關(guān)，單元BMk的電路210向單元BMk+Ι傳送接收的數(shù)據(jù)。圖4示意性地圖示了在單元BMl至BMm之間的一示例性連接，其中每個(gè)單元可以具有與圖3所示的單元BMk的設(shè)置相類似的設(shè)置。具體地，單元BMl至BMm可以被連接成串級(jí)鏈，其中單元BMl被連接到單元BM2，單元BM2被連接至鏈中的下一 BM單元，等等。一個(gè)BM單元的V+端可以連接到相鄰BM單元的V-端。單元BMl的V-端可以被連接到所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的接地端。單元BMm的V+端可以被連接到所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的高電勢(shì)端，如+350V端。連接在V+和V-端之間的單元組可以向各單元BM供電。
微處理器單元(MPU) 300可以被連接到單元BMl以接收由單元BMl至BMm監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，并向這些監(jiān)測(cè)單元提供控制數(shù)據(jù)。所述MPU 300可以被獨(dú)立于所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的供電線供電。另選地,所述MPU 300可以被與單元BMl相同的單元組供電。例如，本發(fā)明公開的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100可以被設(shè)置在電力車上以監(jiān)測(cè)該車的電池。在這種情況下，所述MPU300可以與汽車的中央控制器交互。該MPU 300可以處理指示電池中各個(gè)單元狀況的電壓和溫度 η息?；谠撔畔?，所述MPU 300可以，例如，在所述能量存儲(chǔ)單元系統(tǒng)102正被充電時(shí)，控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100以防止各個(gè)單元被過充電。具體地，每個(gè)單元可以被安全地充電直至在特定的溫度條件下達(dá)到預(yù)定的單元電壓。在超過該電壓后，單元可能會(huì)被損壞。為了避免損壞單元，當(dāng)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102正被充電時(shí)，該MPU 300可以處理由監(jiān)測(cè)單元BMl至BMm監(jiān)測(cè)的電壓和溫度信息以確定各個(gè)單元C的狀況。當(dāng)由單元BMk監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)指示在一單元Ci上的電壓達(dá)到在特定溫度條件下的預(yù)定水平，該MPU 300產(chǎn)生具有標(biāo)識(shí)單元Ci和監(jiān)測(cè)該單元Ci的單元BMk的地址信息的控制數(shù)據(jù)。通過在串級(jí)鏈中單元BMk之前的監(jiān)測(cè)單元ΒΜ，控制數(shù)據(jù)被傳送給單元BMk以使門控制信號(hào)將與單元Ci相應(yīng)的開關(guān)Si轉(zhuǎn)換到ON狀態(tài)。因而，繞過單元Ci的充電電流分流被建立以避免其被充電。 所述BMl可以通過接口 302被連接到所述MPU 300。例如，由Motorola開發(fā)的串行外圍接口(SPI)可以被用于把該MPU 300連接到監(jiān)測(cè)單元BM。所述SPI提供以全雙工模式的同步串行數(shù)據(jù)傳輸。該SPI使用主-從模式，其中一個(gè)主設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備交互。例如，該MPU 300可以作為SPI主設(shè)備，并且多個(gè)監(jiān)測(cè)單元BMl至BMm可以作為SPI從設(shè)備。該SPI具有四條信號(hào)線用于從主設(shè)備向從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的主輸出從輸入(MOSI)，用于從從設(shè)備向主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的主輸入從輸出(MISO)，由主設(shè)備生成以同步MOSI和MISO數(shù)據(jù)的串行時(shí)鐘(CLK)，和由主設(shè)備生成以編址不同從設(shè)備的芯片選擇(CS)。該M0SI，MIS0，CLK和CS信號(hào)線可以在所述MPU 300和所述單元BMl之間加以提供。在相鄰監(jiān)測(cè)單元BM之間的通信鏈路104可以被設(shè)置用來支持在所述MPU 300和各個(gè)單元BM之間的雙向SPI數(shù)據(jù)傳送。因此，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中沒有單個(gè)監(jiān)測(cè)單元BM不得不承受能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的整個(gè)堆棧電壓。替代地，每個(gè)單元BM僅應(yīng)承受由該單元監(jiān)測(cè)的一個(gè)單元組的電壓。另外，通過構(gòu)造每個(gè)監(jiān)測(cè)單元芯片用于與它鄰近位置的芯片而不與在遠(yuǎn)處位置的芯片通信，使通信和控制線路最小化。前面的描述圖解和描述了本發(fā)明的各方面。另外，本發(fā)明只示出并描述了優(yōu)選實(shí)施例，但是如前面所涉及的，可以理解本發(fā)明能夠在各種其它組合，修正和環(huán)境中使用，并且能夠如這里所述的在本發(fā)明概念的范圍內(nèi)，與上面的教導(dǎo)和/或相關(guān)領(lǐng)域的技能和知識(shí)相符合地加以改變或修正。這里以上描述的實(shí)施例進(jìn)一步旨在解釋實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的已知最佳模式并且使本領(lǐng)域技術(shù)人員使用以上或者其它實(shí)施例的方式利用本發(fā)明，并且?guī)в刑囟☉?yīng)用或者本發(fā)明使用所需要的各種修正。相應(yīng)地，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制在這里公開的形式。并且，所附權(quán)利要求書被認(rèn)為包括可選的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)，包括 包括第一和第二監(jiān)測(cè)器的一監(jiān)測(cè)器串組， 所述第一監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)在電池中的至少一個(gè)第一單元以產(chǎn)生第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 所述第二監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)在電池中的至少一個(gè)第二單元以產(chǎn)生第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 所述第一監(jiān)測(cè)器被進(jìn)一步構(gòu)造用于向所述第二監(jiān)測(cè)器傳送所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)包括所述第一單元的第一組單元，且所述第二監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)包括所述第二單元的第二組單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表示在所述第一組單元中的各個(gè)單元的一個(gè)參數(shù)，并且所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表示在所述第二組單元中的各個(gè)單元的所述參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表示在所述第一單元上的電壓，且所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表示在所述第二單元上的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步表示所述第一單元周圍的溫度，并且所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步表示所述第二單元周圍的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二監(jiān)測(cè)器是在所述串組中相鄰的監(jiān)視器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述串組進(jìn)一步包括與所述第二監(jiān)視器相鄰的第三監(jiān)測(cè)器，該第三監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)在所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的至少一第三單元以產(chǎn)生第三監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述第三監(jiān)測(cè)器被進(jìn)一步構(gòu)造用于通過所述第二監(jiān)測(cè)器從所述第一監(jiān)測(cè)器接收第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并且從所述第二監(jiān)測(cè)器接收第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第二監(jiān)測(cè)器被進(jìn)一步構(gòu)造用于向控制器傳送所述第一和第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第二監(jiān)測(cè)器被進(jìn)一步構(gòu)造用于向所述第一監(jiān)測(cè)器傳送由所述控制器產(chǎn)生的第一控制數(shù)據(jù)，并且用于接收由所述控制器產(chǎn)生的第二控制數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一控制數(shù)據(jù)響應(yīng)所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生，并且所述第二控制數(shù)據(jù)響應(yīng)所述第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于通過提供第一分流以便當(dāng)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)正被充電時(shí)使充電電流繞過所述第一單元來響應(yīng)所述第一控制數(shù)據(jù)，并且所述第二監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于通過提供第二分流以便當(dāng)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)正被充電時(shí)使充電電流繞過所述第二單元來響應(yīng)所述第二控制數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一監(jiān)測(cè)器具有由所述第一控制數(shù)據(jù)控制的第一開關(guān)以產(chǎn)生所述第一分流，并且所述第二監(jiān)測(cè)器具有由所述第二控制數(shù)據(jù)控制的第二開關(guān)以產(chǎn)生所述第二分流。
13.—種監(jiān)測(cè)由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的單元的方法，該方法包括步驟 由第一監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)第一組單元以產(chǎn)生第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 由第二監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)第二組單元以產(chǎn)生第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且 把所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給所述第二監(jiān)測(cè)器以便傳遞給控制器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括通過所述第二監(jiān)測(cè)器從所述控制器向所述第一監(jiān)測(cè)器傳送第一控制數(shù)據(jù)的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一控制數(shù)據(jù)控制所述單元的第一組中第一單元的狀況。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一控制數(shù)據(jù)被傳送給所述第一監(jiān)測(cè)器以響應(yīng)所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指示在所述第一單元上的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步指示在所述第一單元區(qū)域內(nèi)的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在對(duì)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)充電過程中，傳送所述第一控制數(shù)據(jù)以響應(yīng)于指示所述第一單元的一個(gè)參數(shù)的所述第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一控制數(shù)據(jù)在所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電過程中防止所述第一單元被過充電。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)由串聯(lián)連接的多個(gè)單元組成的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的系統(tǒng)，具有至少第一和第二監(jiān)測(cè)器的一監(jiān)測(cè)器串組。該第一監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的至少一個(gè)第一單元以產(chǎn)生第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。該第二監(jiān)測(cè)器被構(gòu)造用于監(jiān)測(cè)在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的至少一個(gè)第二單元以產(chǎn)生第二監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。該第一監(jiān)測(cè)器進(jìn)一步被構(gòu)造用于向第二監(jiān)測(cè)器傳送第一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以便向控制器傳送。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102859376SQ200780052791
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月2日
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