專利名稱：無線電池組管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組管理領(lǐng)域。更為特殊的是，涉及電池組的自動(dòng)管理，用于測量電池組單元物理參數(shù)的單元部件，用于接收電池組單元物理參數(shù)的測量值的控制部件，以及用于自動(dòng)管理電池組的方法。
用于提供大量電能的電池組通常包括多個(gè)電池組單元，所述電池組單元以并聯(lián)或串聯(lián)的布置方式電連接。這種大電池組是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)或輪船發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或者提供電能，例如，用于保持收音機(jī)、光或電加熱器。
特別是在諸如電池組驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中，確定電池組一直正常工作是重要的。因而，使用者必須獲得關(guān)于電池組充電狀態(tài)的信息。對(duì)于包括多個(gè)單個(gè)電池組單元的電池組而言，獲得對(duì)與每個(gè)單個(gè)電池組單元有關(guān)的物理參數(shù)的了解是重要的，例如，它們單個(gè)的充電狀態(tài)，它們單個(gè)電解液的充滿程度，或者它們單個(gè)的溫度。
在多個(gè)電池組單元串聯(lián)連接的情況下，單個(gè)電池組單元的失靈，例如因?yàn)殡娪|點(diǎn)的腐蝕或者單元的物理損壞，可導(dǎo)致整個(gè)電池組的失靈，因而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，電池組用來驅(qū)動(dòng)。
為了將電池組故障的風(fēng)險(xiǎn)最小化，使用者可以在常規(guī)基礎(chǔ)上更換電池組或者電池組的單個(gè)單元；另一方面，為了在沒有電池組故障的風(fēng)險(xiǎn)下使電池組工作盡可能長的時(shí)間，必須在常規(guī)基礎(chǔ)上檢查電池組單元的狀態(tài)，或者至少必須提供用于建立各個(gè)電池組單元電極之間電短路的系統(tǒng)，以便當(dāng)單個(gè)電池組單元發(fā)生故障時(shí)保持整個(gè)電池組處于工作狀態(tài)。
EP0665568涉及一種單元旁通開關(guān)，其能感知電池組單元故障，并自動(dòng)在失靈單元周圍提供可替換的路徑，因而旁通該故障，允許余下的電池組系統(tǒng)繼續(xù)其功能。DE3721754公開了一種用于短路電池組單個(gè)電池組單元的短路元件，例如，當(dāng)它們變成高歐姆時(shí)，或者因?yàn)楣收?。另一種用于提供電短路的系統(tǒng)公開在DE69503932。
不僅在發(fā)生故障時(shí)，能旁通電池組的單個(gè)單元是重要的，而且要能測量每個(gè)單個(gè)電池組單元的充電以及向外部控制部件報(bào)告每個(gè)電池組單元的充電狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是提供一種簡單的、成本高效的系統(tǒng)，用于監(jiān)視電池組單元的物理屬性。
根據(jù)權(quán)利要求1闡述的本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，上述目的由用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)解決，其中所述電池組包括至少一個(gè)電池組單元，以及其中所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)單元部件、控制部件和傳輸器。所述至少一個(gè)單元部件用于測量單個(gè)電池組單元或者一組電池組單元的物理參數(shù)；所述傳輸器用于將物理參數(shù)的測量值傳輸給所述控制部件。物理參數(shù)的測量值通過第一無線通信鏈路傳輸。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，一個(gè)或更多電池組單元或電池組的物理參數(shù)可通過所述至少一個(gè)單元部件測量，然后報(bào)告給所述控制部件，所述控制部件可位于遠(yuǎn)離電池組一定距離的位置。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，物理參數(shù)的測量值無線傳輸給所述控制部件。無線傳輸具有以下優(yōu)勢所述控制部件可位于遠(yuǎn)離電池組的位置，不需要用于連接所述至少一個(gè)單元部件和所述控制部件的電導(dǎo)線，這可降低系統(tǒng)的成本。
根據(jù)權(quán)利要求2闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述控制部件包括控制部件傳輸器，所述控制部件傳輸器用于將控制信號(hào)通過第二無線通信鏈路傳輸給所述至少一個(gè)單元部件。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，提供了一種系統(tǒng)，不僅用于測量并且向外部控制部件報(bào)告電池組單元物理參數(shù)，而且用于通過無線通信鏈路從外部的控制部件控制所述單元部件。
由單元部件測量的電池組單元物理屬性包括電池組單元電極之間的電壓、時(shí)間間隔，在所述時(shí)間間隔內(nèi)電池組單元電極之間電壓的某個(gè)改變量、電池組單元電解液或電極的溫度、以及電池組單元電解液中電解液的充滿程度或者電解液密度。當(dāng)然，單元部件可測量許多更多的物理參數(shù)，例如，單個(gè)電池組單元內(nèi)部的氣壓、單個(gè)電池組單元內(nèi)部的氣體濃度、電解液的色彩或者吸收系數(shù)、以及電解液粘度的變化。
根據(jù)權(quán)利要求3闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述單元部件包括開關(guān)部件，其中所述開關(guān)部件適合于臨時(shí)建立所述至少一個(gè)電池組單元電極之間的可控制電流路徑。有利的是，通過連接所述單元部件和所述電池組單元的電極，所述單元部件可從所述電池組單元獲得電能。另外，建立所述電池組單元電極和所述單元部件之間的電接觸允許直接測量所述電池組單元的電壓。此外，所述開關(guān)部件適合于提供失靈的電池組單元電極之間的短路。
根據(jù)權(quán)利要求4闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述開關(guān)部件適合進(jìn)行充電平衡，因而能相對(duì)彼此調(diào)整多個(gè)電池組單元的充電狀態(tài)。也就是說，在電池組驅(qū)動(dòng)外部消耗裝置且單元部件檢測到電池組單元不同充電狀態(tài)的情況下，每個(gè)電池組單元之間的充電平衡能被完成，意味著帶有較低充電狀態(tài)的電池組單元與外部消耗裝置斷開連接或被旁通，直到它的充電達(dá)到平均充電值。該平均充電值可以是電池組中所有電池組單元的平均充電值。
根據(jù)權(quán)利要求5闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述單元部件至少部分布置在所述電池組單元的內(nèi)部區(qū)域，以便與電池組單元的電解液直接接觸；為了防止電解液對(duì)單元部件的損壞，所述單元部件的不抗化學(xué)腐蝕的材料被耐用的抗化學(xué)腐蝕材料包圍。因此，所述單元部件延伸的傳感器可測量所述電解液的物理屬性，例如，它的溫度或者密度。
根據(jù)權(quán)利要求6闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，建立的各個(gè)單元部件或者成組單元部件之間的通信鏈路用于彼此的直接通信。這種通信可與控制部件不發(fā)生干擾。例如，各個(gè)單元部件比較彼此之中的測量值或者甚至處理測量值。另外，通過彼此的直接通信，各個(gè)單元部件甚至能請(qǐng)求來自其它單元部件的數(shù)據(jù)處理或測量，不需使用所述控制部件的資源。因而，所述單元部件和所述控制部件之間不需要發(fā)生信息傳輸，這節(jié)省了時(shí)間和資源。
根據(jù)權(quán)利要求7闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述至少一個(gè)單元部件包括電導(dǎo)線。所述電導(dǎo)線包括高頻解耦器。有利的是，頻率解耦器起到低通濾波器的作用，能確保所述電導(dǎo)線用作雙極天線，所述天線用于接收來自控制部件的信號(hào)或者將信號(hào)傳輸給控制部件。
此外，頻率解耦器適合將高頻電磁輻射轉(zhuǎn)變成電能。有利的是，高頻解耦器能接收可被轉(zhuǎn)變成電能的電磁波。電能用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)單元部件。
此外，所述至少一個(gè)單元部件包括用于存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)器。所述存儲(chǔ)的電能可用于對(duì)單個(gè)電池組單元或成組電池組單元充電。此外，所述至少一個(gè)單元部件包括用于控制所述至少一個(gè)電池組單元充電的可控制整流器。
可以理解，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，不僅提供了一種用于測量單個(gè)電池組單元的物理屬數(shù)、并向遠(yuǎn)離電池組單元的控制部件報(bào)告測量值的系統(tǒng)，而且也提供了一種用于通過無線通信鏈路由位于一定距離的控制部件激活控制單個(gè)電池組單元充電的系統(tǒng)。
必須注意，盡管下面將更加詳細(xì)描述的用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)控制電池組的充電和運(yùn)行，更為特殊的是，單個(gè)電池組單元的充電和運(yùn)行，但是同樣的系統(tǒng)也可用于控制太陽能電池或者燃料電池的配置。
根據(jù)權(quán)利要求8闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，設(shè)置單元部件用于測量電池組單元的物理參數(shù)，其中所述單元部件包括單元部件傳輸器。所述單元部件傳輸器用于通過無線通信鏈路傳輸物理參數(shù)的測量值。所述單元部件包括用于數(shù)據(jù)處理、以及存儲(chǔ)測量值和處理數(shù)據(jù)的微芯片。通過在彼此之間建立通信鏈路，各個(gè)單元部件可以彼此通信，并交換數(shù)據(jù)。例如，單元部件混合并處理多個(gè)測量值，將已混合和處理的測量值發(fā)送給控制部件。此外，通過彼此通信和交換數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括測量值或者已混合和處理的測量值，所述單元部件能做出有關(guān)管理電池組單元的后續(xù)步驟的決定，而不需要外部控制部件的幫助。這可節(jié)省時(shí)間和控制部件有價(jià)值的資源。
為了節(jié)省能量，當(dāng)不需要其處理數(shù)據(jù)、測量物理屬性、或者傳輸測量值時(shí)，所述單元部件可進(jìn)入睡眠模式。
根據(jù)權(quán)利要求9闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，設(shè)置開關(guān)部件，其中所述開關(guān)部件適合于進(jìn)行充電平衡，因而能相對(duì)彼此調(diào)整多個(gè)電池組單元的充電狀態(tài)。
根據(jù)權(quán)利要求10闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述單元部件包括電導(dǎo)線，其中所述電導(dǎo)線包括高頻解耦器。有利的是，頻率解耦器起到低通濾波器的作用，能確保所述電導(dǎo)線能用作雙極天線，所述天線用于接收來自控制部件的信號(hào)或者將信號(hào)傳輸給控制部件。此外，頻率解耦器可用于將高頻電磁輻射轉(zhuǎn)變成電能。因而，通過向所述單元部件發(fā)送適當(dāng)頻率的電磁波以便從外部驅(qū)動(dòng)所述單元部件是可能的，所述單元部件接著通過所述高頻解耦器將電磁波轉(zhuǎn)變成電能。此外，所述單元部件包括用于存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)器，所述電能可用于對(duì)單個(gè)電池組單元充電。例如，單元部件從單個(gè)電池組單元中抽取能量，將該能量存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。第二步，所述單元部件騰空它的存儲(chǔ)器到另一個(gè)電池組單元，因而對(duì)它充電。接著，所述單元部件再次從第一單個(gè)電池組單元中抽取能量，然后，再次騰空它的存儲(chǔ)器到第二電池組單元。該過程可重復(fù)，只要它是有用的。此外，所述單元部件包括用于控制所述電池組單元充電的可控制整流器。
根據(jù)權(quán)利要求11闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，設(shè)置控制部件，其適合于接收電池組單元物理參數(shù)的測量值，適合于將控制信號(hào)傳輸給單元部件。電池組單元物理參數(shù)的測量值和控制信號(hào)各自通過第一和第二無線通信鏈路傳輸，例如，無線電頻率傳輸或者光傳輸。無線傳輸信息具有如下優(yōu)勢控制部件可位于遠(yuǎn)離單元部件一定距離的位置，甚至可被使用者攜帶在身邊。而且，無線通信相比通過電導(dǎo)線將每個(gè)單元部件連接到控制部件要低廉很多。而且，無線傳輸使在已經(jīng)存在的電池組單元系統(tǒng)中安裝根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)/部件變得容易。
根據(jù)權(quán)利要求12闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，來自控制部件被傳輸?shù)絾卧考乃隹刂菩盘?hào)提供同步信息。該同步信息可用于同步所有的單個(gè)單元部件，所述單元部件布置在電池組單元內(nèi)部或鄰近電池組單元處。
根據(jù)權(quán)利要求13闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，所述控制部件給每個(gè)單元部件分配單獨(dú)的地址，啟動(dòng)對(duì)所述電池組單元物理參數(shù)的測量。因?yàn)闉榱斯?jié)約能量的目的，所述單元部件可處于睡眠模式，所以在啟動(dòng)測量之前，所述控制部件要激活所述單元部件。另外，所述控制部件請(qǐng)求物理參數(shù)測量值的傳輸。在接收來自單元部件的數(shù)據(jù)之后，所述控制部件處理已接收的包含物理參數(shù)測量值的數(shù)據(jù)，向單個(gè)單元部件傳輸適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)?？刂菩盘?hào)包括在電池組單元的兩個(gè)電極之間建立短路的請(qǐng)求。應(yīng)該注意，部件單元分配單獨(dú)的地址?？刂撇考せ顔卧考蛘哒?qǐng)求測量。另外，控制部件可以要求單元部件傳輸、計(jì)算、或者以其它方式處理其測量數(shù)據(jù)。一旦接收來自單元部件的測量值或處理數(shù)據(jù)，控制部件就記錄單元部件的測量值或處理數(shù)據(jù)，以便維護(hù)單個(gè)電池組單元的使用期歷史。電池組的使用者對(duì)單個(gè)電池組單元的使用期歷史特別關(guān)注，例如，用于預(yù)測單個(gè)電池組單元的使用期。
根據(jù)權(quán)利要求14闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種用于自動(dòng)管理電池組的方法，其中所述電池組包括至少一個(gè)電池組單元，其中所述方法包括步驟通過至少一個(gè)單元部件測量至少一個(gè)電池組單元的物理參數(shù)；通過第一無線通信鏈路將物理參數(shù)的測量值傳輸給控制部件。
此外，根據(jù)權(quán)利要求15闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，通過第二無線通信鏈路將來自控制部件的單獨(dú)控制信號(hào)傳輸給所述電池組的至少一個(gè)單元部件。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法向單個(gè)電池組單元提供充電控制和使用期追蹤裝置，所述單個(gè)電池組單元可由外部控制部件控制，在所述控制部件和所述至少一個(gè)單元部件之間不需要電連接。
根據(jù)權(quán)利要求16闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，每個(gè)單元部件測量各自組的電池組單元的物理參數(shù)，其中所述組包括至少一個(gè)電池組單元。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，每個(gè)電池組單元屬于至少兩個(gè)組，特定組的物理參數(shù)測量值彼此相減，或者以其他方式處理，以獲得單個(gè)的電池組單元的物理參數(shù)。測量值的減法或者其它處理步驟可由單個(gè)單元部件實(shí)施，所述單元部件與其它單元部件建立通信連接，或者通過控制部件實(shí)施，物理參數(shù)的測量值通過無線通信鏈路傳輸給所述控制部件。
根據(jù)權(quán)利要求17闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，單元部件通過檢測發(fā)射的電磁信號(hào)的變化，測量所述至少一個(gè)電池組單元中電解液的密度或者充滿程度。電磁信號(hào)可由單元部件自身或者某些其它裝置發(fā)射，例如，控制部件。有利的是，發(fā)射的電磁信號(hào)的頻率與用于傳輸控制部件和單元部件之間的信號(hào)的頻率處于同一范圍，這意味著不需要另外的用于檢測發(fā)射的電磁信號(hào)的變化的接收電子裝置。
根據(jù)權(quán)利要求18闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，控制部件和單元部件之間或者各個(gè)單元部件之間的通信可通過電磁波傳輸、感應(yīng)傳輸、光傳輸、聲傳輸或者ac電流傳輸實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意ac電流傳輸不適合控制部件和單元部件之間的通信，因?yàn)榭刂撇考蛦卧考g的通信通過無線通信鏈路建立。當(dāng)然，ac電流傳輸適合各個(gè)單元部件之間的通信。
根據(jù)權(quán)利要求19闡述的本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，通過臨時(shí)建立所述多個(gè)電池組單元電極之間的電流路徑，進(jìn)行充電平衡，以使多個(gè)電池組單元的充電彼此適應(yīng)。
通過無線通信鏈路，電池組各個(gè)單元部件的充電由外部控制部件測量和控制，這可看作本發(fā)明示例性實(shí)施例的要旨。
參考以下描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)將會(huì)變得明晰和清楚。
參考下面的附圖，本發(fā)明的示例性實(shí)施例將在下面描述。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)的簡化示意圖。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)的簡化示意性俯視圖。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的兩個(gè)不同單元部件的簡化示意圖。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法的簡化示意圖。
圖5a顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的與電池組電極連接的多個(gè)單元部件的俯視圖。
圖5b顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的與電池組電極連接的多個(gè)單元部件的俯視圖。
圖6顯示包括圓柱形單元和各自天線的小電池組。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的包括單元部件的蓄電池。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的包括多個(gè)圓柱形單元的小電池組，每個(gè)單元包括單元部件。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的單元部件的電路圖。
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的單元部件的電路圖。
為了描述圖1-10，相同的參考數(shù)字用來指定同樣或相應(yīng)的元件。
圖1描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)的簡化示意圖。較大電池組(圖1中未顯示)的兩個(gè)分離的電池組單元的上部包括電極2。與每個(gè)電極2連接的是接線端接柱3，其通過電導(dǎo)線4電連接到鄰近的電接柱3。電導(dǎo)線4和接線端接柱3與鄰近電池組單元1的電極連接。根據(jù)本發(fā)明的顯示，傳感器接線端6與電池組單元的每個(gè)電極連接，每對(duì)各自的傳感器接線端6通過各自的單元部件5電連接。圖1所示的特定實(shí)施例中，終端通過螺釘7固定到電池組單元的電極。但是，任何其它形式的適當(dāng)機(jī)械裝置也可用來將接線端6和3固定到電池組單元的電極2，例如，桿、插塞或膠合劑。與單元部件通訊的中心單元10被示意性描述。中心單元10包括天線和連向更高級(jí)系統(tǒng)的接線，例如計(jì)算機(jī)。另外，電池組單元包括用于再裝滿和維護(hù)電池組單元的開口9以及封閉裝置8，其為開口9提供緊密的封閉裝置。
圖2描述了電池組11的示意圖，其包括24個(gè)電池組單元。每個(gè)電池組單元包括用于裝滿和維護(hù)電池組單元的開口，其由封閉裝置13緊密封閉。電池組單元的電極通過接線端接柱14彼此電連接，因而電池組單元被串聯(lián)連接。
每個(gè)電池組單元各自的對(duì)偶通過單元部件16和傳感器接線端15連接，如圖2所示。單元部件16和傳感器接線端15可包括彈性導(dǎo)線，其能被彎曲以便向電池組單元的電極施加機(jī)械力，能導(dǎo)致電池組單元的電極和傳感器接線端15之間的低歐姆接觸。如圖2所示，傳感器能很容易地插入電池組單元的電極之間，這允許傳感器的快速保持和交換。中心單元17的位置與電池組11有一定距離，包括天線，該天線用于通過無線通信鏈路與單元部件16通訊。
圖3描述了單元部件的不同實(shí)施例以及它們各自的接線端。電池組的兩個(gè)電池組單元18，每個(gè)包括電極19和電導(dǎo)線20，其如圖3所示連接電池組單元。另外，每個(gè)電池組單元包括用于裝滿和維護(hù)電池組單元的孔，以及位于孔上面的封閉裝置21，其提供孔的緊密密封。右邊的電池組單元18的電極19包括電連接器28，其通過螺釘29固定到電池組單元18的電極19。單元部件23通過柔軟的電導(dǎo)線與插塞27連接。插塞27可插到電連接器28的上面，因而提供電池組單元18的電極19和單元部件23之間的電接觸。
單元部件22布置在接線端25上，成為接線端25的一部分，通過導(dǎo)線與插塞26電連接。插塞26插入接線端24。兩個(gè)接線端24和25適合與電池組單元18的電極19緊密配合，因而包括兩個(gè)接線端24和25、插塞26和單元部件22的整個(gè)組件能容易地放置到電池組單元18上，以提供電極19與接線端24和25之間的電接觸，如圖3中的箭頭所示。應(yīng)該注意使用許多其它的形式提供電池組單元18的電極19與單元部件22和23之間的電接觸也是可能的，因而能在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)。
圖4描述了根據(jù)本發(fā)明自動(dòng)管理電池組的方法的示例性實(shí)施例的示意圖。在這個(gè)特定實(shí)施例中，控制部件以手持單元30的形式構(gòu)造。可以理解控制部件30不是必須移動(dòng)的，也可以是靜止的。然而，控制部件的移動(dòng)解決方案對(duì)使用者來說具有可便攜的優(yōu)勢，這可導(dǎo)致對(duì)用戶更加友好的操作。如圖4所示，控制部件30包括用于向單個(gè)單元部件37傳輸控制信號(hào)36的天線31和用于接收單個(gè)單元部件37測量值35的天線32。天線31和32都可在不同的頻率范圍內(nèi)操作，但是僅使用一個(gè)天線用于傳輸控制信號(hào)36和接收測量值35也是可能的。與天線32和31連接的電路33用于提供通過天線31傳輸給單元部件37的控制信號(hào)，接收通過天線32來自單元部件37的測量值35，存儲(chǔ)已接收的測量值35，處理已接收和存儲(chǔ)的測量值35。電路33可包括微芯片。為了使測量值和處理值可視化，配置有顯示裝置34?？梢岳斫?，通過無線通信鏈路從單元部件37傳輸給控制部件30的信號(hào)35不能僅包括電池組單元物理參數(shù)的測量值，例如電極處的電壓，還包括其它類型的信息，例如序列號(hào)、電池組單元規(guī)格、數(shù)據(jù)、維護(hù)信息或有關(guān)單個(gè)電池組單元類型的特殊信息。電池組38包括多個(gè)電池組單元，其通過連接器39串聯(lián)連接。每個(gè)電池組單元各自的每對(duì)電極通過各自的單元部件37連接。
圖5a和5b描述了單元部件40、41和42的示例性布置，其中單元部件40、41和42連接電池組單元組，電池組單元組包括至少一個(gè)電池組單元。通過單元部件41連接電池組單元組的優(yōu)勢在于在其它多個(gè)之間采取這種手段，相比連接單個(gè)電池組單元的各自電極的情況，特殊的單元部件41要用更高的電壓驅(qū)動(dòng)。盡管各單元組通過單元部件40、41和42連接，但每單個(gè)電池組單元的物理值能被計(jì)算。
圖5a和5b每個(gè)都描述了包括六個(gè)電池組單元A、B、C、D、E、F的電池組。兩個(gè)鄰近電池組單元(AB、BC、CD、DE、EF)各自的每對(duì)通過無線單元部件40連接。此外，在圖5a中，單元部件41連接在電池組單元A和F各自電極之間，因而，單元A和F之間的物理參數(shù)能被測量。
假定在圖5a和5b所示的特定情況下，由單元部件40、41和42測量的物理參數(shù)在電池組單元的串聯(lián)連接中起到電壓的作用。由左側(cè)的單元部件40測量的電池組單元A和B之間的測量值A(chǔ)B被計(jì)算，依據(jù)測量值A(chǔ)B＝電池組單元A的測量值+電池組單元B的測量值。
下一個(gè)單元部件40測量值BC，依據(jù)測量值BC＝電池組單元B的測量值+電池組單元C的測量值。
相應(yīng)地，測量值CD＝電池組單元C測量值+電池組單元D的測量值。
測量值DE＝電池組單元D測量值+電池組單元E的測量值。
測量值EF＝電池組單元E測量值+電池組單元F的測量值。
單元部件41測量測量值A(chǔ)BCDEF＝電池組單元A測量值+...+電池組單元F的測量值。
通過從彼此中減去各自的方程式，可計(jì)算出單個(gè)電池組單元的值。這種計(jì)算可通過微芯片實(shí)施，其在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。用于實(shí)施計(jì)算的微芯片能在控制部件或單元部件之一中實(shí)現(xiàn)。
圖5b描述了單元部件40和42的另一種組合，其中單元部件42連接在電池組單元A和電池組單元C的電極之間。因而，單元部件42測量值依據(jù)測量值A(chǔ)BC＝電池組單元A測量值+電池組單元B測量值+電池組單元C的測量值。
再次，通過簡單地從彼此中減去各自的方程式，可計(jì)算出單個(gè)電池組單元的值。與圖5a所示的組合相比，圖5b所示的組合的優(yōu)勢在于，驅(qū)動(dòng)單元部件42的電壓不比驅(qū)動(dòng)每個(gè)單元部件40的電壓高出數(shù)量級(jí)，而僅僅是一個(gè)小因子，例如圖5b中的因子1，5。因而，對(duì)單元部件40和42使用同樣的設(shè)計(jì)使可能的。
圖6描述了小的圓柱形電池組，包括適當(dāng)?shù)奶炀€46。圓柱形電池組單元包括圓柱形電極43和兩個(gè)電極44，它們中的一個(gè)用作陽極，另一個(gè)用作陰極。天線46和單元部件45與圓柱形電池組單元的電極44連接。天線46適合線圈的形式，其纏繞在圓柱形電池組單元周圍。整個(gè)組件由絕緣涂層47包圍，所述涂層能被電磁波穿透。圖6所述的本發(fā)明示例性實(shí)施例顯示了在單個(gè)圓柱形電池組單元中實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的單元部件甚至也是可能的。
圖7描述了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例包括單元部件56的電池組單元。電極48和49適合金屬板的形式，互不接觸的彼此面對(duì)。電極49通過連接器51連接，電極48通過連接器50連接。連接器50與電池組單元的正極52電連接，連接器51與電池組單元的負(fù)極53電連接。電極52和53都在單元?dú)んw57的外部。單元部件56通過金屬導(dǎo)線54連接在電極52和53之間。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，連接器50和51、電極53和52、以及金屬導(dǎo)線54和55都由同一種材料制成。單元部件56可由殼體包圍，該殼體包括從塑料、玻璃或陶瓷組成的集合中選擇的材料。電導(dǎo)線54并不互相接觸，但是通過單元部件56的絕緣殼體機(jī)械連接。金屬導(dǎo)線54適合形成雙級(jí)天線，在其端部通過感應(yīng)件55端接。感應(yīng)終端55起到低通濾波器的作用，其終止高頻交流電流，通過低頻或直流電流。
單元?dú)んw57充滿了電解液58，其包括強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿。因而，所有布置在殼體57內(nèi)部與電有關(guān)的部件必須由耐用的抗化學(xué)腐蝕材料組成，或者被該材料包圍。
圖8描述了包括三個(gè)呈圓柱形的電池組單元的電池組。這三個(gè)圓柱形單元被殼體59包圍，所述殼體容納圓柱形單元。每個(gè)圓柱形單元包括陽極64和陰極61。陽極64與電極65電連接。電池組左側(cè)的主觸點(diǎn)60與左側(cè)電池組單元的陰極61電連接，右側(cè)的主電極60與右側(cè)電池組單元的電極65電連接。左側(cè)電池組單元的電極65與中間電池組單元的陰極61通過電導(dǎo)線66電連接。中間電池組單元的電極65與右側(cè)電池組單元的陰極61通過電導(dǎo)線66電連接，如圖8所示。三個(gè)圓柱形電池組單元的每個(gè)電極65與各自的單元部件67電連接。每個(gè)各自的單元部件67通過導(dǎo)線68與各自的陰極61電連接。導(dǎo)線68可以如下方式制作成螺線管形式在低頻電磁場中其可用作天線。單元部件67適合于集成電路的形式。每個(gè)電池組單元被殼體62包圍，所述殼體能被電磁波穿透。每個(gè)電池組單元的內(nèi)部區(qū)域63充滿電解液。
圖9描述了單元部件70的電路圖，所述單元部件與電池組單元的電極(圖9中未顯示)通過傳感器接線端69電連接。導(dǎo)線71和72將傳感器接線端69電連接到電壓源裝置73和測量裝置77。電壓源裝置73通過電導(dǎo)線74向測量裝置77提供第一參考電壓。此外，電壓源73也在導(dǎo)線71和72之間提供電壓的A/D轉(zhuǎn)換，接著，其可被用作第一參考電壓。提供給測量裝置77的參考電壓可用來將參考電壓與測量值比較。此外，電壓源裝置73通過電導(dǎo)線75和76創(chuàng)建用于驅(qū)動(dòng)測量裝置77、中央處理部件79和傳輸器81的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電壓。電壓源裝置73也將驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成不同于電池組單元的電極提供的電壓。另外，電壓源裝置73可完成測量裝置77提供的電壓的A/D轉(zhuǎn)換，所述測量裝置77測量電池組單元的物理參數(shù)，通過導(dǎo)線78將測量值發(fā)送給中央處理部件79。中央處理部件79可以臨時(shí)保存測量值并處理它們。測量值的處理包括測量值的減法、測量值的組合，或者任何其它形式的運(yùn)算。
為了向外部控制部件(未顯示)發(fā)送數(shù)據(jù)，中央處理部件79通過導(dǎo)線80將數(shù)據(jù)交給傳輸器81。傳輸器81包括天線82，其可用于向控制部件傳播數(shù)據(jù)。
電壓源裝置73可創(chuàng)建第二參考電壓，其通過導(dǎo)線83提供給裝置85。如上面描述的有關(guān)通過導(dǎo)線74的第一參考電壓，通過導(dǎo)線83的第二參考電壓以電壓源73創(chuàng)建的數(shù)字信號(hào)的形式被提供。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，第一和第二參考電壓可以是一致的。還是在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，因?yàn)闇y量值比較慢的變化，A/D轉(zhuǎn)換器73可在多路模式下工作。
裝置85與元件84連接，所述元件可以是溫度傳感器。該溫度傳感器84可用于測量電池組單元內(nèi)部電解液的溫度。溫度傳感器84的輸出可以是電壓，接著其與第二參考電壓通過裝置85比較。溫度傳感器84的測量電壓與第二參考電壓的比較導(dǎo)致反映電解液實(shí)際溫度的值。接著該值通過導(dǎo)線89傳輸給中央處理部件79。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，傳感器84適合于天線的形式，所述天線用于接收來自控制部件的激活信號(hào)。裝置85通過導(dǎo)線89將已接收的激活信號(hào)傳輸給中央處理部件79，以激活傳感器70，所述傳感器因?yàn)楣?jié)約能源的理由一直處于睡眠模式。
天線82用于將測量值或處理值傳輸給控制部件，接收來自控制部件的控制信號(hào)，可集成到導(dǎo)線71和72中。解耦器90布置在導(dǎo)線71和72上，適合于圖9所示的鐵氧體磁環(huán)或線圈的形式，但也可使用任何其它形式的低通濾波器。解耦器90適合起到低通濾波器的作用，其通過低頻或dc電流，阻止高頻電流，所述電流通過電導(dǎo)線100由傳輸器81提供給天線82。因而，頻率解耦器可起到低通濾波器的作用，使電導(dǎo)線能被用作雙級(jí)天線，用于接收來自控制部件的信號(hào)，或者用于傳輸信號(hào)給控制部件。
此外，解耦器90適合將高頻電磁輻射轉(zhuǎn)變成電能。有利的是，解耦器90能接收可被轉(zhuǎn)變成電能的電磁波。電能能用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)單元部件。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的包括可控制接觸器的電池組單元部件的電路圖。圖10中顯示的電池組單元部件基本上包括圖9所示的電池組單元部件相同的元件和功能。中央處理部件79通過導(dǎo)線91與可控制開關(guān)部件92連接?？煽刂崎_關(guān)部件92由中央處理部件79控制，適合于通過電阻器93調(diào)整流過傳感器接線端69之間的電流?？梢岳斫饪煽刂崎_關(guān)部件92和電阻器93可形成一個(gè)單個(gè)部件，例如，單個(gè)電子裝置，用于控制旁通電池組單元的電流。通過可控制開關(guān)部件92，在電池組內(nèi)部的電池組單元的兩個(gè)電極之間提供了短路。因而，可控制開關(guān)部件92適合采用高電流開關(guān)的形式，其可以是硅可控整流器或者場效應(yīng)晶體管，用于旁通一個(gè)或更多的電池組單元。
可控制開關(guān)部件92適合進(jìn)行充電平衡，因而，多個(gè)電池組單元中的每個(gè)電池組單元的充電可根據(jù)平均充電值調(diào)整。也就是說，在電池組驅(qū)動(dòng)外部消耗裝置且單元部件檢測到電池組單元不同充電的情況下，每個(gè)電池組單元之間的充電平衡能被完成，意味著帶有較低充電的電池組單元與外部消耗裝置斷開連接，直到它的充電達(dá)到平均充電值。該平均充電值可以是電池組中所有電池組單元的平均充電值。
因?yàn)槎鄠€(gè)電池組單元的充電達(dá)到平衡，因此，每個(gè)電池組單元具有相同的充電狀態(tài)或充電。如上所述，這可通過臨時(shí)建立電池組單元電極之間的各自的可控制電流路徑實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該注意的是，根據(jù)本發(fā)明，如圖1-10所述的單元部件測量或影響的物理屬性包括a)帶或不帶高歐姆工作電阻的電池組單元電極之間的dc電壓；b)在單元普遍的充放電循環(huán)過程中、或高電流流量過程中用于工作單元的dc電壓；c)用于具有規(guī)定電流流量的工作單元的dc電壓；d)特定次數(shù)的再生循環(huán)或充/放電循環(huán)的dc電壓；e)用于獲得參考電壓的時(shí)間或者用于通過參考電壓間隔的時(shí)間；f)為了測量單元的物理屬性，使用外部電壓源或電流源供給單元或一組單元的過程中產(chǎn)生的電壓降、電流或電阻；g)將ac電壓/ac電流施加到整個(gè)電池組的過程中的ac電壓；h)物理屬性c)、d)、e)或f)，但是使用具有固定或可變頻率的、或者具有多個(gè)不同頻率的可替換值；i)溫度，例如電池組單元的電解液或電極的溫度；j)電解液的充滿程度或者電解液的密度；k)電池組單元內(nèi)部的壓力；l)超量壓力值打開事件的次數(shù)或者打開長度的記錄；m)電解液的介電常數(shù)；n)電池組單元內(nèi)部的電解液上側(cè)的氣體濃度；o)電解液中氣泡和沸騰的產(chǎn)生；p)由氣泡的產(chǎn)生或氣體的化學(xué)重組產(chǎn)生的聲音；q)電解液色彩或光吸收系數(shù)的變化；r)沉積在電極上的質(zhì)量；s)電池組單元底部或壁面上的沉積；t)纖維膠或凝膠體電解液的粘度的變化；u)電池組單元的總質(zhì)量；v)用于重組電池組單元中產(chǎn)生的氣體的化學(xué)催化劑的溫度、導(dǎo)電系數(shù)、濕度和其它與電有關(guān)的可測量的物理屬性；w)電池組單元的壁面或其它部件的變形，例如傳感器變形，以檢測電池組單元內(nèi)部溫度或壓力的增加；x)電池組單元內(nèi)部或外部的輻射，例如單元的電化學(xué)激活部件的輻射標(biāo)記，以記錄它們的時(shí)間分布；y)單元電流，特別是在并聯(lián)電池組單元充電平衡的情況下；z)電池組單元或者一組電池組單元的許多其它物理參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于自動(dòng)管理電池組的系統(tǒng)，所述電池組包括至少一個(gè)電池組單元，所述系統(tǒng)包括用于測量所述至少一個(gè)電池組單元的物理參數(shù)的至少一個(gè)單元部件；控制部件；用于將物理參數(shù)的測量值通過第一無線通信鏈路傳輸給所述控制部件的傳輸器。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制部件包括用于將控制信號(hào)通過第二無線通信鏈路傳輸給所述至少一個(gè)單元部件的控制部件傳輸器。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置開關(guān)部件；其中所述開關(guān)部件適合于臨時(shí)建立所述至少一個(gè)電池組單元電極之間的可控制電流路徑。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，電池組包括多個(gè)電池組單元，其中開關(guān)部件適合進(jìn)行充電平衡，因而能相對(duì)彼此調(diào)整多個(gè)電池組單元的充電狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)單元部件至少部分布置在所述至少一個(gè)電池組單元的內(nèi)部區(qū)域，用于提供與所述至少一個(gè)電池組單元的電解液的直接接觸；以及其中所述至少一個(gè)單元部件至少部分被耐用的抗化學(xué)腐蝕材料包圍。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括單元部件之間的通信鏈路，用于彼此的直接通信。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)單元部件至少包括電導(dǎo)線、存儲(chǔ)器和可控制整流器中的一個(gè)；其中電導(dǎo)線包括用于將高頻電磁輻射轉(zhuǎn)換成電能的高頻解耦器；其中存儲(chǔ)器適合存儲(chǔ)電能；其中可控制整流器適合控制所述至少一個(gè)電池組單元的充電。
8.一種用于測量電池組單元的物理參數(shù)的單元部件，所述單元部件包括單元部件傳輸器，其用于通過無線通信鏈路傳輸電池組單元的物理參數(shù)的測量值。
9.如權(quán)利要求8所述的單元部件，其特征在于，設(shè)置開關(guān)部件；其中所述開關(guān)部件適合于進(jìn)行充電平衡，因而能相對(duì)彼此調(diào)整電池組單元的充電狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的單元部件，至少包括電導(dǎo)線、存儲(chǔ)器和可控制整流器中的一個(gè)；其中電導(dǎo)線包括用于將高頻電磁輻射轉(zhuǎn)換成電能的高頻解耦器；其中存儲(chǔ)器適合存儲(chǔ)電能；其中可控制整流器適合控制電池組單元的充電。
11.一種用于接收電池組單元物理參數(shù)的測量值的控制部件，所述控制部件包括用于將控制信號(hào)傳輸給單元部件的控制部件傳輸器；其中通過第一無線通信鏈路接收測量值；以及其中通過第二無線通信鏈路傳輸控制信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的控制部件，其特征在于，控制信號(hào)向單元部件提供同步信息。
13.如權(quán)利要求11所述的控制部件，其特征在于，所述控制部件給每個(gè)單元部件分配單獨(dú)的地址；其中所述控制部件啟動(dòng)對(duì)所述電池組單元物理參數(shù)的測量；其中所述控制部件請(qǐng)求物理參數(shù)測量值的傳輸。
14.一種用于自動(dòng)管理電池組的方法，所述電池組包括至少一個(gè)電池組單元，所述方法包括以下步驟通過至少一個(gè)單元部件測量所述至少一個(gè)電池組單元的物理參數(shù)；通過第一無線通信鏈路將物理參數(shù)的測量值傳輸給控制部件。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟單獨(dú)控制所述至少一個(gè)電池組單元的充電；通過第二無線通信鏈路將來自控制部件的單獨(dú)控制信號(hào)傳輸給所述至少一個(gè)單元部件。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，每個(gè)單元部件測量各自組的電池組單元的物理參數(shù)，所述組包括至少一個(gè)電池組單元；其中每個(gè)電池組單元屬于至少兩個(gè)組；其中特定組的物理參數(shù)測量值彼此相減，或者以其他方式處理，以獲得各個(gè)電池組單元的物理參數(shù)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)電池組單元中電解液的密度或者充滿程度通過檢測發(fā)射的電磁信號(hào)的變化而被測量。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，信號(hào)通過從以下組中選擇的至少一種技術(shù)被傳輸，所述組包括電磁波傳輸、感應(yīng)傳輸、光傳輸、聲傳輸和ac電流傳輸。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過臨時(shí)建立所述多個(gè)電池組單元電極之間的電流路徑進(jìn)行充電平衡，以使多個(gè)電池組單元的充電彼此適應(yīng)。
全文摘要
電池組單元的物理屬性的測量和單獨(dú)充電控制能導(dǎo)致更長的電池組使用期和更可靠的工作。本發(fā)明公開了系統(tǒng)、單元部件、控制部件和用于通過無線通信鏈路自動(dòng)管理電池組的方法。根據(jù)本發(fā)明，電池組單個(gè)單元的使用周期可通過外部控制部件追蹤和記錄。有利的是，提供了電池組單元的激活控制，包括在電池組單元的各自電極之間設(shè)置短路的能力。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1711661SQ200380103379
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
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