[发明专利]电动车辆蓄电池组电压监测系统和方法

说明书

本发明涉及一种电动车辆蓄电池组电压监测系统和方法，其监测了电动车辆中多单元蓄电池组输出的总电压。具有底板地线的主微控制器与蓄电池组的正总线和负总线数字隔离。具有多个辅助/热敏电阻A/D输入的蓄电池监测IC测量蓄电池单元各自的电压。在具有IC的辅助输出终端的主微处理器的控制下，通过评估开关可选择地耦接分压器至正总线。分出的电压被耦接至辅助/热敏电阻A/D输入之一。蓄电池监测IC通过串行数据链路传输代表分出的电压输出的数字值至主微处理器，主微处理器响应于数字值确定主蓄电池电压。

技术领域

本发明大体涉及具有电力推进的车辆，并且更具体地涉及通过与高压蓄电池电路数字隔离的微控制器监测来自蓄电池组的输出电压。

背景技术

混合动力车辆或电动车辆的电力驱动的直流(DC)电源(如蓄电池) 和其他元件需要监测以便使效率和性能最大化以及检测潜在的故障。例如锂离子(Li-Ion)这样的通常的蓄电池类型利用一起层叠到蓄电池组中的大量单元。除了监测蓄电池组输出的总电压，通常单独监测每个单元以确定它们的电压产出和其他参数。也监测每个单元的温度以便防止过热。

由于涉及的高压电平、在层叠内各自的单元运转时的中间电压范围以及需要的高的精度水平，可靠地监测各种蓄电池状况是非常具有挑战性的。商业上已研制出用于车辆环境的各种蓄电池监测集成电路(IC) 设备。市场上可买到的蓄电池监测IC设备的示例包括可向马萨诸塞州诺伍德的美国模拟器件公司(Analog Devices,Inc.)购买的AD7280A设备、可向加利福尼亚米尔皮塔斯的凌力尔特公司(Linear Technology Corporation)购买的LTC6804设备和可向加利福尼亚米尔皮塔斯的英特矽尔公司(Intersil Corporation)购买的ISL94212多单元锂离子蓄电池管家。除了用于直接监测各自的蓄电池单元的多个输入，已知的IC设备包括几个模拟输入，用于测量用作各自的蓄电池单元的温度传感器的热敏电阻电路的输出。

每个市场上可买到的蓄电池监测IC设计为具有特定数量的监测各自的蓄电池单元的测量通道。上述提到的AD7280A有6个通道，LTC6804 和ISL94212每个都有12个通道。为了达到期望的输出电压电平，用于电动车辆的典型的锂离子电池常常层叠多达约96个单元。为了监测各个单元，蓄电池监测IC同样地层叠在蓄电池组的正、负输出总线之间。由于没有连接单一的监测IC到两个总线，为了测量蓄电池组的全部输出电压使用了附加组件。此外，附加组件用于测量蓄电池组的全部输出电压而不是由IC测量的各个单元电压的总和(或单元组)，这是由于取样时间和微处理器计时加载的原因(如将被要求的许多串行消息)。

测量的蓄电池单元、蓄电池组以及相关设备的参数全部被主微控制器或微处理器使用，用于执行蓄电池管理和通信。主微控制器或微处理器通常位于与其他车辆组件——例如车辆系统/动力系统控制器或驱动接口模块——相连接的离散蓄电池控制模块或箱内。因此，主微控制器或微处理器使用底板地线作为它的基准电压。底板地线与负蓄电池总线提供的主蓄电池组的基准隔离。

部署的具有蓄电池组的蓄电池监测IC必须参考负总线监测蓄电池单元。因此，连接到高压域中的蓄电池监测IC和任何其他的监测设备必须通过域交叉元件与主微控制器或微处理器通信，域交叉元件在主微控制器或微处理器的高压蓄电池域和底板地线域(即低压域)之间提供数字隔离。为了使主微控制器或微处理器不仅控制监测元件还接收产生的测量数据，通常使用相对昂贵的组件——例如光电耦合晶体管(photoMOS transistor)和专用的高压参考模拟数字(A/D)转换集成电路。在维持蓄电池组输出电压的稳健检测的同时避免昂贵的附加组件是非常可取的。

发明内容