[发明专利]复用器和基于开关的电化学电池监测器以及管理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电池的监测和管理。

背景技术

在大量的各种应用中，需要监测和管理电化学电池，例如，蓄电池中的电化学电池，在本领域是众所周知的。随着电动车辆，蓄电池电动机混合车辆，和插入式蓄电池电动机混合车辆不断增长的需求，人们需要准确的成本有效系统变得更加迫切，显然，本发明不局限于这些应用。

当多个电池用在并联和串联组合中时，监测和管理电化学电池变得相当复杂。电化学电池往往被组合成串联或并联的装置，可以在其应用中提供增大的功率或能量。并联和串联电池装置使可用的功率，存储的能量，以及电压或电流成倍地增长。在多个电池排列成串联/并联装置的情况下，最弱的电池可以使整个系统失效。监测每个电池组对于了解电化学电池系统正常运行，它的状态，可用的能量和功率是必需的。监测电化学电池组对于保持保证期记录也是必需的。

在电池没有过充电，过放电，或允许工作在某个电压范围之外的情况下，可能需要电池的平衡。在这些情况下，必须监测和管理电池以便使所有的电池达到电荷均匀的状态(或相等的安全工作点)。即使电池是在电荷均匀的状态，制造和组装容差或缺陷，电流或热量不平衡可以使电池在不同的容量下工作，最好是，应当管理所有这些情况。

通常，监测电池可以包括：测量它们的电压和温度，然后，可能的话，借助于系统软件计算其他的电池特征。

测量通常也是在蓄电池组级上完成的。这些测量可用于监测整个电池组，例如，蓄电池组电流或峰值电压。通常，还需要试图确保蓄电池组与车辆的机壳或其他各点是隔离饿以确保安全，并检测某些失效的类型。

最后，在一些应用中，读出其他系统的电压，接触器或中继器可用于使电池与系统断开，显示测量结果，控制风扇和充电器，以及完成其他的事项以保护电池和监测它们的正常运行。

开关电容器电压监测系统在本领域是众所周知的，通常，该系统至少涉及一个在每个被监测电压点上开关装置(以下称之为“开关”)。在一种开关电容器中，这些开关连接电容器到电池或电池组的两端。这可以给电容器充电，从而使电容器电压等于电池电压。然后，可以断开开关，它使电容器与电池隔离。然后，第二组开关连接该电容器到一个可以测量电压的装置。这可以使测量装置与它正在监测的电池组隔离。这种系统的优点是，它们在每次测量中从电池组吸取非常少的电流，而且，当测量装置关断时，它们没有与测量电路相关的寄生负载。然而，若几个电池连接在一起，则有几个需要测量电压点，而这些开关的价格是相当地高。

一种相关的电压监测系统保留开关而去掉电容器。两个开关连接电压的公共的总线。利用与总线总是连接的测量装置测量该电压。当开关闭合时，这种电压测量装置连接到它正在测量的电池，并可以根据需要与另一个系统隔离。

有了以上的变化，在与利用其他电路相同的时间，通过连接一个或多个电池到测量总线，可以得到蓄电池组电压，隔离测量或其他测量的结果。

发明内容

本发明提供一种采用复用器和开关装置的新颖系统和方法，它与现有技术比较可以大大减少部件数目，与此同时，可以保持相同的安全和性能水平。本发明可以相对容易地利用硬件实施，并允许使用相对简单的微处理器。

简单地说，这里公开一种用于监测多个电化学电池的系统，该系统包括：开关装置；复用器装置，用于监测指示多个电池中电池电压电平的信号；选择装置，用于在各自时间耦合选取的被监测的信号到开关装置；操作装置，用于在部分的每个各自时间内瞬时地操作开关装置，以便把选取的信号加到测量电路，因此，当不同的信号被复用器选取时，开关装置被用于把多个电池连接到测量电路。

通常，开关装置的输出在电路上耦合到测量总线，该总线可以把开关的电压指示信号引导到测量电路。测量电路可以采用开关电容器或浮动测量系统以监测电池电压。

通过适当地选取复用器输入端，电池的电压指示信号也可用于其他的目的，例如，蓄电池组监测和隔离监测。

在这个说明书中我们使用以下的术语：

“电化学电池”或“电池”是指由导电材料(例如，金属，碳或其他IV族元素和化合物，复合物，或塑料)制成的平面或非平面电极与固态，塑料或液态电解液接触构成的电化学电池。电化学电池的例子是蓄电池，燃料电池，电解装置，等等。电化学电池在它的构成中可以包含有机和无机成分。电池可以包含或没有被包含在容器中。如果有容器，则该容器可以是导电或非导电的。电池可以是独立式电池。