電池系統和該系統的控制方法與流程
2023-05-10 01:41:51
本發明涉及一種包括彼此連接的多個電池的電池系統。它涉及一種用於控制該系統的方法。
背景技術：
在電動和混合動力車輛領域中，但不限於此，存在已知的包括多個繼電器的電池，其中二次電源被布置成為繼電器提供控制電流，以及監控器，用控制令來命令電池的多個繼電器。
在圖1中，示出了當前技術的電池，該電池包括三個繼電器ra、rp和rn以及預負荷電阻rprec、電壓測量儀器vhvb、接收斷開和閉合繼電器的命令的通信接口(cra、crp、crn)和繼電器的復位(era、erp、ern)。電池連接到消費電路的兩個極性，所述消耗電路包括充電器、反相器或dc/dc轉換器類型的一個或多個電功率部件；該部件或這些部件確定兩極之間的電壓vhvn。預負荷電阻rprec具有大的值，以便在電池和消耗電路之間建立有限的電流，使得可在暫時相期間平衡電池和極性之間的電壓。
電池包括第一繼電器rn和第二繼電器rp，用於分別將電池的第一電極(-)直接連接到極性中的第一極性，並且將第二電極(+)直接連接到極性中的第二極性。此外，其包括跨越預負荷電阻將第二電極(+)連接到第二極性的第三繼電器ra。
將電池連接到監控器，該監控器控制繼電器cra、crp、crn的斷開和閉合，並且接收關於繼電器的狀態的信息(era、erp、ern)，無論斷開還是閉合。繼電器的閉合順序包括初始化階段i和建立階段ii，如圖2所示。在初始化階段期間：
1)監控器驗證電池的繼電器斷開，即，era＝0，erp＝0並且ern＝0。如果驗證此條件，那麼：
2)監控器發送命令cra＝1用於啟動第三繼電器ra的閉合。電池命令啟動第三繼電器ra的閉合。如果第三繼電器ra閉合，那麼電池將狀態era＝1發送到監視器。
3)如果監控器接收到狀態era＝1，那麼其發送用於閉合第一繼電器器rn的指令crn＝1：電池命令閉合第一繼電器rn。如果第一繼電器rn閉合，那麼電池將狀態ern＝1發送到監視器。
4)監視器監測vhvb和vhvn之間的差是否小於預定閾值，在這種情況下，它發出建立階段，在該階段中它發送用於閉合第二繼電器器rp的指令：crp＝1。電池命令閉合第二繼電器rp。如果第二繼電器rp閉合，那麼電池將狀態erp＝1發送到監視器。
5)如果監控器接收到狀態erp＝1，那麼監控器發送用於斷開第三繼電器ra的指令：cra＝0。電池命令斷開第三繼電器ra。如果第三繼電器ra斷開，那麼電池將狀態era＝0發送到監視器。
那麼序列完成。
此類電池被設計成在車輛中單獨使用。然而，當電池的容量不足以適當地為車輛供電時，或為了隨後將電池放置在充電站中時，需要一起安裝多個這種類型的電池。
已經發現，多個電池的此類系統不是最佳的，因為在多個繼電器需要同時供應控制電流的情況下，二次電源需要能夠提供大量的總電流。事實上，繼電器的切換需要相當高的浪湧電流，例如大約為1a，而在穩定狀態下僅需要大約600ma的保持電流。
如果同時命令多個繼電器，那麼由二次電源提供的電流是大的，因此需要校準它。
本發明的目的在於提供一種電池系統，該電池系統包括多個電池和尺寸已儘可能最小化的二次電源。
技術實現要素：
考慮到這些目的，本發明的主題是一種電池系統，包括通過兩個極性彼此連接的多個電池，每個電池包括用於將電池的電極連接到兩個極性的至少兩個繼電器，所述系統包括向繼電器提供啟動能量的二次電源，其特徵在於，所述系統包括監控裝置，所述監控裝置以交錯方式控制繼電器，使得繼電器的每次啟動在先前啟動的至少預定時間段之後。
監控系統使得可確保用於繼電器切換的電流浪湧僅在每個時刻僅涉及單個繼電器。該時間段根據繼電器的特性預先確定，使得繼電器的電源電流在啟動命令和所述時間段期滿之後已經非常接近保持電流水平。
根據第一實施例，監控器裝置包括輔助監控器，其中每個電池和主監控器連接到每個輔助監控器，每個輔助監控器能夠從主監控器接收連接指令並且控制相應電池的繼電器的連續交錯啟動，主監控器能夠提供連續交錯連接指令，使得在第一指令之後並且在由已經接收到第一指令的輔助監控器控制的繼電器已經啟動之後給出第二指令。每個輔助監控器保證相同電池的繼電器被連續啟動。此外，由於主監控器一個接一個地控制輔助監控器，在兩個連續命令之間具有足夠的間隔，所以同時保證只有一個繼電器處於啟動階段。該系統易於實施，因為其佔用單獨管理電池的輔助監控器。
以補充的方式，輔助監控器發送指示繼電器閉合或未閉合的狀態信息。因此，監控器可因此根據該狀態信息來同步連續指令的觸發。與通過需要被校準到最長可能的時間段的預定間隔觸發指令相比，用於命令電池組裝的總時間段被優化。
根據第二實施例，監控器裝置包括能夠單獨地命令每個繼電器的中央監控器。因此，可優化命令組裝電池總時間段。事實上，在同一電池的兩個繼電器之間的切換間隔是建立在電池和其所連接的網絡之間的電壓的平衡的時間的函數。在該間隔期間，其通常比建立繼電器的保持電流的時間長，可以命令啟動其它繼電器。
具體地，電池包括第一繼電器和第二繼電器，該第一繼電器和該第二繼電器用於分別將電池的第一電極直接連接到極性中的第一極性，並且將第二電極直接連接到極性中的第二極性，每個電池還包括跨越預負荷電阻將第二電極連接到第二極性的第三繼電器。
在該配置中並且根據第一實施例，輔助監控器例如以第三繼電器、第一繼電器，然後第二繼電器的順序進行控制。因此，對於每個電池，實現到負載荷電阻的連接，並且然後將電池直接連接到極性。
在該配置中並且根據第二實施例，中央監控器被編程為在初始化階段先後命令電池中的一個的第三繼電器和第一繼電器，然後，對於初始化階段已經被啟動的另一電池，驗證在第二電極和第二極性之間的電壓差是否小於預定閾值，在這種情況下，監控器控制建立階段，在所述建立階段中致動所述另一電池的第二繼電器。因此，可在同一電池的第一繼電器和第二繼電器的啟動之間插入繼電器的啟動。
在初始化階段期間，例如將命令第三繼電器和第一繼電器的時間間隔開延遲時間。延遲時間適應於第三繼電器的特性，特別是適應於建立保持電流的時間段。
以補充的方式，建立階段包括停用第三繼電器的命令。當將極性直接連接到電池的電極時，不再需要使用預負荷電阻。因此，它可斷開。
本發明還涉及一種用於控制電池系統的方法，該系統包括通過兩個極性彼此連接的多個電池，每個電池包括用於將電池的電極連接到兩個極性的至少兩個繼電器，所述系統包括向繼電器提供啟動能量的二次電源，其特徵在於，以交錯方式控制繼電器，使得繼電器的每次啟動在先前啟動至少預定時間段之後。
附圖說明
通過參考附圖閱讀以下描述，將更好地理解本發明，並且其它特徵和優點將變得顯而易見，其中：
-圖1示意性地示出了根據現有技術的電池及其監控器；
-圖2是圖1的電池的控制的時間圖；
-圖3示意性地示出了根據本發明的第一實施例的電池系統；
-圖4示意性地示出了根據本發明的第二實施例的電池系統；
-圖5是解釋圖4的系統的操作的時間圖。
具體實施方式
根據本發明的第一實施例的電池系統在圖3中示出。該系統包括通過兩個極性彼此連接的多個電池hvb1、hvb2、hvb3，每個電池符合在現有技術中並結合圖1和圖2描述的電池。因此，電池包括用於將電池的電極連接到兩個極性三個繼電器，該系統包括所有電池hvb1、hvb2、hvb3共用的二次(secondary，輔助)電源2，以便向繼電器提供啟動能量。每個電池由輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3控制，而主監控器sp連接到每個輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3。主監控器sp和輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3形成監控的裝置1。每個輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3能夠從主監控器sp接收連接指令cf1、cf2、cf3。基於該連接指令cf1、cf2、cf3的接收，輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3以與現有技術相同的方式執行初始化階段和建立階段。因此，輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3控制相應電池hvb1、hvb2、hvb3的繼電器的連續交錯啟動。
主監控器sp就其本身而言，提供連續交錯連接指令cf1、cf2、cf3，以便確保在接收到第一指令cf1的輔助監控器shvb1控制的所有繼電器在將第二指令cf2遞送到下一個輔助監控器shvb2之前啟動。為此，輔助監控器shvb1、shvb2、shvb3向主監控器sp發送指示初始化和建立的階段已經完成的狀態信息ef1、ef2、ef3，並且主監控器sp在預定的時間段之後發送下一個連接指令cf1、cf2、cf3。因此，繼電器的每次啟動在先前啟動至少預定時間段之後。
根據第二實施例，在圖3中示出，電池系統與根據第一實施例的系統的不同之處在於監控器裝置1'包括能夠單獨地命令每個繼電器的中央監控器sc。如在現有技術中，電池hvb1、hvb2、hvb3包括第一繼電器rn和第二繼電器rp，用於分別將所述電池的第一電極(-)直接連接到所述極性中的第一極性，並且將第二電極(+)直接連接到所述極性中的第二極性，以及此外，跨越預負荷電阻rprec將所述第二電極(+)連接到所述第二極性的第三繼電器ra。
因此，中央監控器sc能夠為電池hvb1中的第一個的每個中繼器rn、rp、ra發送啟動命令cra1、crp1、crn1，為電池hvb2的第二個的每個繼電器發送啟動命令cra2、crp2、crn2，為電池hvb3中的第三個的每個繼電器的啟動命令cra3、crp3、crn3，等等。中央監控器sc能夠接收第一電池hvb1的每個繼電器的繼電器的狀態era1、erp1、ern1，第二電池hvb2的每個繼電器的繼電器的狀態era2、erp2、ern2，第三電池hvb3的每個繼電器的繼電器的狀態era3、erp3、ern3，等等。
對於每個電池hvbi，由在1和n之間的索引i參考，n是系統的電池hvb的總數，中央監控器sc被編程為在初始化階段依次地命令第三ra，然後以至少一個延遲時間dt的時間交錯命令具有索引i的電池第一繼電器rn，如在圖5中的圖的前兩個曲線cra1和crn1所示。接下來，對於在1和n之間的索引k的電池，中央監控器sc驗證初始化階段i是否已經被執行以及第二電極(+)和第二極性之間的電壓差vhvb-vhvn是否小於預定閾值。在這種情況下，監控器控制建立階段，在建立階段中索引k的電池的第二繼電器rp被致動，然後第三繼電器ra被停用，如例如通過圖5中的圖的第一和第三曲線cra1和crp1所示。如果在這種情況下沒有電池，那麼監控器命令索引i+1的電池的初始化階段在具有索引i的電池的第一繼電器rn的命令和具有索引i+1的電池的第三繼電器rn的命令之間具有至少延遲時間dt的時間交錯，如通過圖的第四曲線cra2所示。
對於繼電器rn、rp、ra中的一個的每個啟動或停用，中央監測器sc監測命令的繼電器的狀態，例如，命令cra1的狀態era1。如果狀態在一定時間段後不對應於命令，那麼監控器假設電池停止運行，並通過停用其所有繼電器將其從系統斷開。如果狀態對應於命令，並且延遲時間dt已經期滿，那麼授權下一命令。