电池管理系统、电池包以及电池包的充电方法

专利名称：电池管理系统、电池包以及电池包的充电方法
技术领域：
本发明是关于一种电池管理系统，尤其是关于一种可控制 适配器输出的电池管理系统。
背景技术：
图l所示为 一种传统的电池充电电3各100的示意图。如图1 所示，该电池充电电路100的功能可由一个适配器102、 一个脉 宽调制控制器108、 一个充电控制器110和一个电池组104内的电 池保护电路(未显示在图l中)来实现。充电器106包括脉宽调 制控制器10 8和充电控制器110,所述适配器10 2可输出 一 个固定 电压，通过充电器106对模块112中的电源开关和降压转换器进 行控制，该模块112可将来自于适配器102的输出电压转化为较 低的电压，并将该较低的电压传输给该电池组104。因此，传统 的电池充电电3各体积大，且损耗高。图2所示为另 一种传统的电池充电电i 各200的示意图。该电 池充电电路200包括 一 个可控适配器202和 一 个外部控制芯片 (如图2中的充电控制器210)。该外部控制芯片(充电控制器 210 )才艮据该电池组204的电流/电压控制所述可控适配器202的 输出功率。如图2所示，该电池充电电路200也需要一个额外开 关212来控制该电池组204的充电电流。因此，这种电池充电电 路也是体积大且损耗高。除此之外，由于电池失衡现象(例如，该电池组内单体电 池之间有着不同的电压/容量)，在某些单体电池未被充满的情 况下，另外有些单体电池却可能出现过充现象。在传统的充电 电路中，电池平衡电路可用来緩解这种电池不均匀的问题。然而，只有在某单体电池接近满充时，为了防止电池过热现象， 才会启动这种电池平衡模式。由于平衡时间的有限性，该电池 平衡电路可能效率低。换句话说，对所有这些单体电池的充电 过程，其准确度并不高。发明内容本发明要解决的技术问题在于提供一种电池管理系统，能 够根据一个电池包的状态或该电池包内的单个电池状态，以多 种充电冲莫式对该电池包充电，,人而纟是高对该电池包的充电效率 与准确度，以及起到对该电池包的保护作用。为解决上述技术问题，本发明提供一种电池管理系统，该 电池管理系统包括一个控制电路和一个适配器。该控制电路可 用于根据一个电池包内的多个单体电池中每个单体电池的状态 产生一个控制信号。该适配器可接收该控制信号，以及对该电 池包充电。该适配器的输出功率可由该控制信号调节。本发明所述的电池管理系统，所述控制电路被集成在所述 电池包中。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括 一个监控电路，用于监控所述每个单体电池，及用于产生指示 所述每个单体电池的状态的监控信号。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括 与所述监控电路连接的指令转换器，用于根据所述监控信号产 生所述控制信号。本发明所述的电池管理系统，所述指令转换器包括 一 个处 理器。本发明所述的电池管理系统，所述指令转换器包括 一 个状态机。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括一个脉宽调制信号发生器，用于产生一个脉宽调制信号，其中 所述脉宽调制信号的占空比由所述控制信号控制。本发明所述的电池管理系统，所述信号控制包括模拟控制信号。本发明所述的电池管理系统，所述信号控制包括数字控制信号。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括 设置在所述电池包中的电池平衡电路，用于平衡所述多个单体 电池。本发明所述的电池管理系统，所述单体电池的状态包括所 述每个单体电池的电压。本发明所述的电池管理系统，所述单体电池的状态包括所 述每个单体电池的电 流。本发明所述的电池管理系统，所述单体电池的状态包括所 述每个单体电池的温度。另夕卜，本发明还才是供一种电池包的充电方法。该充电方法 的步骤包括根据所述电池包内的多个单体电池中每个单体电池 的状态产生一个控制信号。而且，该充电方法的步骤还包括根 据所述控制信号调节 一 个适配器的输出功率。本发明所述的电池包的充电方法，所述充电方法还包4舌 产生指示所述每个单体电池状态的监控信号。本发明所述的电池包的充电方法，所述充电方法还包括 根据所述控制信号控制一个脉宽调制信号的占空比。本发明所述的电池包的充电方法，所述充电方法还包括 监控所述每个单体电池的电流。本发明所述的电池包的充电方法，所述充电方法还包括监控所述每个单体电池的电压。本发明所述的电池包的充电方法，所述充电方法还包括 监控所述每个单体电池的温度。除此之外，本发明还一是供一种电池包。该电池包包括多个 单体电池、 一个与所述多个单体电池连接的监控电^各，和一个 与所述监控电路连接的指令转换器。该监控电路可用于产生指 示所述多个单体电池中每个单体电池状态的监控信号。该指令 转换器可用于产生控制一个适配器输出功率的控制信号，其中 该控制信号是根据上述监控信号产生的。本发明所述的电池包，所述指令转换器包括一个处理器。 本发明所述的电池包，所述指令转换器包括一个状态机。 本发明所述的电池包，所述控制信号包括模拟控制信号。 本发明所述的电池管理系统、电池包以及电池包的充电方 法，可提高对电池包的充电效率与准确度，以及起到对电池包 的保护作用。


以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以 进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。图1所示为 一种传统的电池充电电路的示意图； 图2所示为另 一种传统的电池充电电路的示意图； 图3所示为本发明提供的 一 实施例中 一种电池管理系统的 示意图；图4所示为本发明提供的 一 实施例中 一种电池管理系统的 示意图；图5所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的方法流程图；图6所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执行的另 一种方法流程图；图7所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的另一种方法流程图；图8所示为本根据发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的一种方法流程图；具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将 结合实施例进行阐述，但应理解这并非意指将本发明限定于这 些实施例。相反，本发明意在涵盖权利要求书所界定的本发明 精神和范围内所定义的各种可选项，可修改项和等同项。此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对 本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域 技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。 在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电 路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。在一个实施例中，本发明提供了 一种带有可控制适配器输 出的电池管理系统。在一个实施例中，该电池管理系统可^^艮据 单个电池的状态(例如，电池电压、电池电流、电池温度或电 池容量)来调节所述适配器的输出(例如，适配器输出功率、 适配器输出电压或适配器输出电流)。其中，这种适配器输出的 调节可由集成在一个电池包中的控制电路来实现。这样既可节 省空间，也可减少成本。因此，本发明中的电池管理系统可根 据单个电池的状态来启动多种充电模式(例如，标准恒流充电 模式、小恒流充电模式、标准恒压充电模式或小恒压充电模式)。 在一个实施例中，当电池包出现异常现象(例如，电池过压、电池过流或者电池过充)，或者电池包中的所有电池,皮充满时， 该电池包充电过程可^皮终止。图3所示为本发明提供的 一 实施例中 一 种电池管理系统3 0 0 的示意图。该电池管理系统300包4舌一个可^]"一电池包304充电 的适配器302,其中该电池包304包括多个单体电池310一l-310-_n。一个控制电^各320可用于监控该电池包304,以及产生一个 用于控制适配器302输出功率的控制信号350,从而启动多种充 电模式。更具体地说，该控制电路320可用于才艮据电池包304中 多个单体电池310_1-310—n的每个单体电池的状态(例如，电池 电压、电池电流、电池温度和电池容量)来产生控制信号350。 与控制电路320连接的适配器302可对电池包304进行充电。有利 的是，适配器302输出端340的输出功率可以通过所述控制信号 350纟皮调节。在本实施例中，控制电路320被集成到电池包304内。电池 包304内还包括有充电开关306和放电开关308。因此，电池包304 可直接根据每个单体电池状态来控制适配器302输出端340的输 出功率。因此，外部控制芯片(例如，充电控制器)和外部电 源开关可被省去。在本实施例中，控制电路320可以启动多种充电4莫式。这些 充电模式包括但并不限于标准恒流充电模式CCn (n-0)、小恒 流充电模式CCn (n=l， 2, max,其中max是数字n的一个 预设最大值，数字n则代表各种恒流充电模式)、标准恒压充电 模式CVm (m=0)、小恒压充电模式CVm (m=l, 2，…，max，， 其中max，是数字m的一个预设最大值，数字m则代表各种恒压 充电模式)以及充电终止模式。当出现电池失衡现象时，可以 启动一种小恒流充电模式或一种小恒压充电模式。当出现任何异常现象或错误时，或者当所有的单体电池都被充满时，可以 启动充电终止才莫式。有利的是，当控制信号350控制适配器302在其输出端340 提供一个恒定充电电流Io时，标准恒流充电才莫式CC()可一皮启动。 此时，电池包304由该恒定充电电流I。进行充电。当控制信号350 控制适配器302在其输出端340提供一个恒定充电电流L ( n=l, 2,…，max)时， 一种小恒流充电才莫式CCn ( n=l, 2,…，max) 可4皮启动。此时，电池包304由该恒定充电电流In ( n=l， 2，...，maX)进行充电。在一个实施例中，1。〉L〉l2〉…〉Imax。同理，当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供一 个恒定充电电压V。时，标准恒压充电才莫式CVo可纟皮启动。此时， 电池包304由该恒定充电电压Vo进行充电。当控制信号350控制 适配器302在其输出端340^是供一个恒定充电电压Vm ( m=l, 2，…，max，)时， 一种小恒压充电模式CVm ( m二l， 2,…， max，)可#:启动。此时，电池包304由该恒定充电电压Vn，( m=l ， 2,…，max，)进行充电。在一个实施例中，Vo〉Vi〉V2〉…〉Vmax，。有利的是，通过根据每个单体电池的状态来启动不同的充 电模式(CC。， Cd,…CC腦x,和CV。， CVp…，CV脇x，)，所 述电池包304中所有单体电池可以被充满，并且可以避免异常现 象的出现从而延长了其电池寿命。如前面所述，电池包304内的控制电路320可监控每个单体 电池的状态，以及控制适配器302的输出功率，从而启动多种充 电模式(CC。， CC"…CCmax,和CV。， CV"…，CVmax，)。在 另 一个实施例中，所述控制电路320也可设置在所述电池包304 的外部，用于监控该电池包304的状态(例如，电池包电压和电 池包电流)，并产生控制信号350,用于启动多种充电模式(CCo, Cd，…CC濕x,和CVo, cv、，…，cvmax,)。图4所示为本发明提供的一实施例中 一种电池管理系统400 的示意图。在图4与图3中标记相同的元件具有相似的功能，为 了简明起见，在此将不对这些元件进行详细描述。在图4的例子 中，电池包304包括了三个单体电池310—1、 310—2和310—3。图4中， 一个监控电路424 (例如，容量计量电路)被设置 用来监控单体电池310一1-310一3的状态，并且避免任何一个单体 电池310一1-310_3出现异常现象(例如，电池过压、电池过流、 电池过温以及电池过充)。在本实施例中，监控电^各424监控单 体电池310_1-310一3，并产生指示这些单体电池3 10—1-3 10_3状 态的监控信号。举例来说，监控电路424监控该多个单体电池310一1-310_3 的电压，并且产生分别指示这些电压的监控信号490一l-490一3。 由于单体电池310_1-310一3上流着相同的电流，监控电路424可 通过一个感应电阻470来监控该电流，并且产生指示该电流的监 控信号492。另外，所述监控电路424也可通过一个温度传感器 472来监控电池温度，并且产生指示该电池温度的监控信号494。 在 一 个实施例中，该监控电路424还可监控该多个单体电池 310一1-310一3的容量，并且产生分别指示该多个单体电池 310一1-310一3容量的监控信号(未显示在图中)。有利的是， 一 个与监控电路424连接的指令转换器426可根 据上述监控信号490—1-490—3 、 492和494产生 一 个控制信号350。 更具体地说，集成到电池包304中的指令转换器426可用于产生 基于每个单体电池状态来控制适配器302输出功率的控制信号 350。因此，可以根据这些单体电池的状态启动不同的充电模式。 在一个实施例中，所述指令转换器426也可被设置在电池包304 外部。所述指令转换器426可以通过一个连接于指令转换器426 与电池包304之间的串行总线来接收监控信号490_1-490一3、 492和494。比如说，单线总线或者二线式总线(例如，系统管理总 线、内部集成电路总线等)。在一个实施例中，指令转换器426可由一个处理器(例如， 微处理器)或者一个状态机来实现。所述指令转换器426可以启 动但不限于标准恒流充电模式C C n ( n=0 )、小恒流充电模式C C n (n=l, 2，…，max)、标准恒压充电才莫式CVm ( m=0 )、小恒压 充电冲莫式(m-l， 2,…，max，)，以及充电终止模式。在一个实施例中，控制信号350是模拟控制信号。该模拟控 制信号350可用于控制由一个脉宽调制信号发生器480产生的脉 宽调制信号的占空比。该脉宽调制信号发生器480可设置在所述 适配器302中。通过调节该脉宽调制信号的占空比，适配器302 输出端340的输出功率相应的得到调节。换句话说，可以通过控 制适配器302内部产生的脉宽调制信号的占空比来启动不同的 充电模式。比如说，如果需要根据单体电池状态来启动一种标 准恒流充电模式(CC。)，模拟控制信号将调节该脉宽调制信号 的占空比，从而^吏适配器302输出 一个恒定电流10。在另 一个实施例中，控制信号350是一个数字控制信号。适 配器302中设置有一个解码器(未显示在图中)，用于将该数字 控制信号转化为模拟控制信号，从而控制适配器3 0 2内部产生的 脉宽调制信号的占空比。此外，上述指令转换器426还控制电池包304内的充电开关 430和力文电开关432。当充电开关430被断开时，电池充电过程将 被终止。当电池包304对一个系统负载(未显示在图中)供电时， 放电开关432会被接通。为了改善多个单体电池310—1-310_3的性能，电池包304还 包括一个用于平衡该多个单体电池310一1-310一3的电池平衡电 路428。该电池平衡电路428可设置在监控电路424内部，也可设置在监控电路424外部。为了减少流经失衡单体电池的电流，该 电池平衡电路428可在失衡单体电池上分流出 一 个漏电流(旁路 电流)。如电池平衡电路428所示，当开关410—l被接通时，单体 电池310一1可被分流出一个漏电流。当开关410—2被接通时，单 体电池310 一 2可#皮分流出 一 个漏电流。当开关410 _ 3 #皮接通时， 单体电池310—3可一皮分流出 一个漏电流。这些开关410—1-410—3 可由监控电路424或者该指令转换器426控制。所述电池平衡电 路428可由监控电路424或者该指令转换器426控制。电池失ff现象包括但不限于以下几种。在一个实施例中， 当一个单体电池电压比其他单体电池电压高出一个值，如果这个高出值超过一个预设值AV,则该单体电池处于失衡状态。在 另一个实施例中，当一个单体电池电压超过一个阔值电压 Vb^n"时，则该单体电池处于失衡状态。又在另一个实施例中， 当 一个单体电池的电压变化率dV/dt(单体电池电压对时间的导 数)超过一个预设电压变化率(dV/dt)th时，则该单体电池处于 失衡状态。又在另一个实施例中，当一个单体电池容量与其他 单体电池容量相差一个值，如果这个相差值超过一个预设值 △ C,则该单体电池处于失衡状态。有利的是，如前面所述，当电池失衡现象发生时，适配器 302可输出 一个较小的充电电流(小恒流充电才莫式)对电池包304 充电。因此，该电池平tf电路428需要较长的电池平4軒时间，才 能将所有单体电池充满。图5所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的方法流程图500。在本实施例中，可对所述指令转换器426 进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图500的方式运 作。更具体地说，流程图500阐明了所述指令转换器426如何通和图4对图5进行描述。在图5给出的例子中，电池管理系统首先以标准恒流充电才莫 式CC。对电池包304充电。在一个实施例中，如果出现电池失衡-现象，则电池管理系统则以小恒流充电才莫式CCn ( n=l, 2，...， max)对电池包304充电。在一个实施例中，如果电池包304的 单体电池最高电压(例如，单体电池310_1的电压为3.8V，单体 电池310—2的电压为3.9V,单体电池310—3的电压为4.05V，那么 该单体电池最高电压为4.05V)大于一个预设电压V！(例如，单 体锂电池的3.9V)，电池管理系统则冲丸行失^H企查，看是否出现 电池失衡情况。当检查出电池失衡现象时，该电池管理系统不 仅通过电池平4lf电路428在失衡的单体电池上分流出漏电流，还 对电池包304的充电电流进行调节(例如，减少充电电流)。如 果电池包304的单体电池平均电压大于一个预设电压V2 (例如， 单体锂电池的4.2 V )，该电池管理系统则以 一 种恒压充电才莫式(例如，标准恒压充电才莫式CV。)对该电池包304充电。另外电 池管理系统还可执行保护检查。在步骤502中，电池管理系统开始对电池包304充电，并且 将象征不同恒流充电模式的数字n初始化为O。在步骤504中，一 种恒流充电才莫式CCn由该控制信号350启动。比如i^，当ni殳为O 时， 一种标准恒流充电才莫式CC。将一皮启动。当n为l到max之间的 一个数时， 一种小恒流充电模式CCn ( n=l, 2，…，max)将一皮 启动。步骤506则是系统执行的保护检查，比如说，指令转换器 426接收来自监控电路424的监控信号，从而确定是否出现异常 现象(例如，电池过压、电池过流，以及电池过温)。如果出现 任何异常现象，该流程将转到步骤530中，从而终止对电池充电(启动充电终止模式)。因此，指令转换器426将断开该充电开 关430来终止对电池充电。如果无异常现象出现，该流程将转到步骤508中。在步骤508中，可以利用指令转换器426将电池包304的单体 电池平均电压与 一 个预i殳电压V2进4亍比4交，以确定是否可以启 动一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电才莫式CV。)。如果电 池包304的单体电池平均电压大于该预设电压V2，也就是说可 以通过一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV。)对 电池包304充电，那么该流程将转到步骤524中。在步骤524中，恒压充电模式(例如，标准恒压充电才莫式 CV。)由控制信号350启动。步骤526是系统执行的保护检查(类 似于步骤506 )。如果出现任何异常现象，该流程将转到步骤530 中，从而终止对电池充电(启动充电终止才莫式)。否则，该流程 将转到步骤528中。在步骤528中，如果电池包304中的所有单体电池都被充满， 该流程将转到步吞聚530中，/人而终止对电池充电(启动充电终止 模式)。否则，该流程将返回到步骤524中继续以一种恒压充电 模式(例如，标准恒压充电模式CVo)对电池包304充电。指令 转换器426接收来自监控电路424的监控信号，从而确定所有的 单体电池是否一皮充满。在步骤508中，如果电池包304的单体电池平均电压小于所 述预设电压V 2 ，也就是说可以通过 一 种标准恒流/小恒流充电才莫 式对电池包304充电，那么该流程将转到步骤510中。在步骤510中，可以利用指令转换器426将电池包304的单体 电池最高电压与一个预设电压V,(例如，单体锂电池的3.9V) 进行比较，以确定是否应该执行电池失衡检查。如果该单体电 池最高电压大于该预设电压Vt,系统将执行电池失衡检查，该 流程将转到步骤512中。如果单体电池最高电压小于该预设电压 V,，该流程将返回到步骤504中。前面已经对步骤504以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。在步骤512中，系统执行失衡检查。如果无异常现象出现， 该流程将返回到步骤504中。如果检查出任何异常现象，在失衡-的单体电池上将会分流出一个漏电流(此步-骤未一皮显示在流禾呈 图500中)，且该流程将转到步骤514中。在步骤514中， 一个计时器开始计时。在步骤516中，可以 利用指令转换器426将电池包304的单体电池平均电压与 一个预 设电压V2进行比较(类似于步骤508 )，以确定是否可以启动一 种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVo)。如果电池包 304的单体电池平均电压大于该预设电压V2，也就是说可以通 过一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电才莫式CVo)对电池 包304充电，那么该流程将转到步骤524中。前面已经对步骤524 以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对 其重复描述。在步骤516中，如果电池包304的单体电池平均电压小于该 预设电压V 2,也就是说可以通过 一 种标准恒流/小恒流充电才莫式 对电池包304充电，那么该流程将转到步骤518中。在步骤518 中，如果该计时器超时(例如，该计时器运行超过一个预设时 间时)，该流程将转到步骤520中。如果该计时器尚未超时，该 流程则返回到步骤516中。在步骤520中，可以利用指令转换器426将数字n与预设最大 值max进行比'较。如果n等于该预设最大值max,该流程将返回 到步骤504中继续运行小恒流充电模式CC濕x。否则，该流程将 转到步骤522中。在步骤522中，数字n自加l，然后该流程返回 到步骤504中。前面已经对步骤504以及其后面的步骤进行详细 描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。图6所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执行的另 一 种方法流程图6 0 0 。在本实施例中，可对指令转换器4 2 6 进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图600的方式运 作。以下将结合图3和图4对图6进行描述。在图6给出的例子中，该电池管理系统首先以标准恒流充电 模式CCo对电池包304充电。在一个实施例中，如果出现电池失 衡现象，该电池管理系统则以小恒流充电模式CCjr^1, 2,…， max)对电池包304充电。如果电池包304的单体电池平均电压 大于一个预设电压V2 (例如，单体锂电池的4.2V)，电池管理系 统则以一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV。)对 电池包304充电。如果电池包304的单体电池最高电压大于一个 预设电压V3，并且电池包304的单体电池平均电压小于预设电 压V2，该电池管理系统则将恒流充电模式CCn改为恒流充电模 式CCn+n 乂人而减少对电池包304的充电电流以及寺丸4亍对电池包 304的过压保护。在一个实施例中，该电池管理系统也可执行保 护检查。在步各聚602中，电池管理系统开始对电池包304充电，并且 将象征不同恒流充电模式的数字n初始化为O。在步骤604中，恒 流充电模式CCn由控制信号350启动。比如说，当n一皮i殳为O时， 一种标准恒流充电模式CCo将被启动。当n为l到max之间的一个 数时， 一种小恒流充电模式CCn ( n=l, 2, ...， max)将被启动。 步骤606为系统执行的保护检查。比如说，指令转换器426接收 来自监控电路424的监控信号，从而确定是否出现异常现象(例 如，电池过压、电池过流，以及电池过温)。如果出现任何异常 现象，该流程将转到步骤636中，从而终止对电池充电(启动充 电终止模式)。因此，指令转换器426将断开充电开关430来终止 对电池充电。如果无异常现象出现，该流程将转到步骤608中。在步骤608中，可以利用指令转换器426将电池包304的单体电池最高电压与一个预设电压V3进行比较，以检测是否出现电 池过压现象。如果该单体电池最高电压大于该预设电压V3 (表 示出现电池过压现象)，该流程将转到步骤614中。在步骤614 中，数字n自加l。然后该流程转到步骤624中，从而检查是否可 以启动一种恒压充电才莫式(例如，标准恒压充电才莫式CVo)。如 果该单体电池最高电压小于该预设电压V3 (表示没有出现电池 过压现象)，该流程将转到步骤610中。在步骤610中，系统执行失衡检查。如果无失衡现象出现， 该流程将转到步骤624中从而检查是否可以启动一种恒压充电 模式(例如，标准恒压充电模式CVo)。如果检查出现电池失衡 现象，在失衡的单体电池上将会分流出一个漏电流(此步骤未 被显示在流程图600中)，且该流程将转到步骤615中。在步骤615中， 一个计时器开始计时。在步骤616中，如果 该计时器超时，该流程将转到步骤618中，从而数字n自加l。然 后该流程将转到步骤624中，从而检查是否可以启动一种恒压充 电模式(例如，标准恒压充电模式CVo)。在步骤624中，可以利用指令转换器426将电池包304的单体 电池平均电压与该预设电压V2进行比较，以确定是否可以启动 一种恒压充电模式。如果该单体电池平均电压小于该预设电压 V2,该流程将返回到步骤604中。前面已经对步骤604以及其后 面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。如果该单体电池平均电压大于该预设电压V2，该流程将转到步骤626中，从而启动一种恒压充电模式(例如，标准恒压充 电模式CVo)。返回到步骤616中，如果该所述计时器没有超时，该流程将 转到步骤622中(类似于步骤624 ),从而检查是否可以启动一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV。)。在步骤622中， 可以利用指令转换器426将电池包304的单体电池平均电压与预 设电压V2进行比较。如果该单体电池平均电压小于预设电压 V2，该流程则返回到步骤616中。前面已经对步骤616以及其后 面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。如果该单体电池平均电压大于预设电压V2，该流程将转到步骤626中，乂人而启动一种恒压充电才莫式(例如，标准恒压充电 模式CVo)。在步骤628中，系统执行保护检查(类似于步骤606 )。如果 出现任何异常现象，该流程将转到步骤636中，/人而终止对电池 充电(启动充电终止模式)。如果无异常现象出现，该流程将转 到步骤6 3 0中。在步骤6 3 0中，可以利用指令转换器4 2 6将电池包 304的单体电池最高电压与该预设电压V3进行比较(类似于步 骤608 ),从而检查是否出现电池过压现象。如果该单体电池最 高电压大于该预设电压V3 (表示出现电池过压现象)，该流程 将转到步骤634中。在步骤634中，n被设置为该预设最大值max, 然后该流程将返回到步骤604中。因此，电池包304由一个最小恒定电流Imax ( 1。〉1^12〉…〉Imax)充电。如果该单体电池最高电 压小于该预设电压V3 (表示没有出现电池过压现象)，该流程将转到步骤632中。在步骤632中，如果所有单体电池都被充满， 该流程将转到步骤636中，从而终止对电池充电。否则，该流程 将返回到步骤626中继续执行该恒压充电模式。前面已经对步骤 626以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不 对其重复描述。图7所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的另 一种方法流程图700。在本实施例中，对于磷酸盐锂电池， 当其电池电压达到 一 阈值电压时，该电池电压将会迅速增加(出现电压跳变)。那么，可以通过流程图700提供的方法，即通过减少当电池出3见电压跳变时的电池充电电流，对石粦酸盐锂电池 进行充电。在本实施例中，可对指令转换器426进行配置，从而 使图4中的电池管理系统以流程图700的方式运作。以下将结合 图3和图4对图7进行描述。在图7给出的例子中，该电池管理系统首先以一种标准恒流 充电才莫式CC()对电池包304充电。如果出现电池过压现象，该电 池管理系将以一种小恒流充电模式CCn ( n=l, 2，…，max)对 电池包304充电。当电池包304的单体电池最高电压大于一个预 设电压V3(例如，单体锂电池的4.3V)时，^表出现电池过压 现象。如果发生电池电压跳变，该电池管理系统则以一种小恒流充电才莫式(例如，以充电电流为Imax (lQ〉Il>I2>...>Imax)的小恒流充电模式CC歸x)对电池包304充电。当一个电压(例如， 一个单体电池电压或者该多个单体电池平均电压)的增量AV与 其变化时间At的比值AV/At大于 一 个预设值Ath时，代表出现电 池电压跳变现象。当电池包304的单体电池平均电压大于一个预 设电压V2(例如，单体锂电池的4.2V)时，该电池管理系统则 以一种恒压充电才莫式(例如，标准恒压充电才莫式CV。)对该电 池包304充电。另外该电池管理系统还可执行保护检查。在步骤702中，电池管理系统开始对电池包304充电，并且 将象征不同恒流充电模式的数字n初始化为O。在步骤704中，一 种恒流充电模式CCn由控制信号350启动。比如说，当n设为O时， 一种标准恒流充电才莫式CCo将被启动。当n为l到max之间的一个 数时， 一种小恒流充电模式CCn ( n二l, 2,…，max)将被启动。 步骤706则是系统执行的保护检查，比如说，所述指令转换器426 接收来自监控电路424的监控信号，从而确定是否出现异常现象 (例如，电池过压、电池过流，以及电池过温)。如果出现任何异常现象，该流程将转到步骤728中，从而终止对电池充电(启动充电终止模式)。因此，所述指令转换器426将断开所述充电 开关430来终止对电池充电。如果无异常现象出现，该流程将转 到步骤708中。在步骤708中，可以利用指令转换器426将电池包304的单体 电池最高电压与一个预设电压V3进行比较，以检测是否出现电 池过压现象。如果该单体电池最高电压大于该预设电压V3 (表 示出现电池过压现象)，该流程将转到步骤710中。在步骤710 中，数字n自加l。然后该流程转到步骤712中，从而执行电池电 压跳变检查。如果该单体电池最高电压小于该预设电压V3 (表 示没有出现电池过压现象)，该流程将直接转到步骤712中。在步骤714中，如果单体电池电压的增量AV!与其变化时间 At,的比值AVi/Atn以及该多个单体电池平均电压的增量AV2与 其变化时间At2的比值△ V2/At2均小于 一 个预设值Ath,该流程将 返回到步骤704中。前面已经对步骤704以及其后面的步骤进行 详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。在步骤716中，如果一个电压(例如， 一个单体电池电压或 者该多个单体电池平均电压)的增量AV与其变化时间At的比值 AV/At大于该预设值Ath,则以一种小恒流充电才莫式(例如， CCmax)对电池包304充电。控制信号350将控制适配器302输出 一个恒定充电电流(Imax)对电池包304充电。在步骤720中，系统执行恒压充电模式(CV)检查。更具 体地说，将电池包304的平均电压与 一 个预设电压V2进行比较， 以确定是否可以启动该恒压充电才莫式(例如，标准恒压充电冲莫 式CV。)。在步骤720中，如果电池包304的平均电压小于该预设 电压V"该流程将返回到步骤716中，继续以一种小恒流充电 模式对该电池包304充电。在步骤720中，如果该电池包304的平均电压大于该预设电 压Vz，该流程将转到步骤722中，以一种恒压充电模式(例如， 标准恒压充电才莫式CVo)对电池包304充电。然后该流程将转到 步骤724中，以确定所有单体电池是否充满。在步骤724中，如果检查到所有单体电池均被充满，该流程 将转到步骤728中，终止该充电过程。否则，该流程将返回到步 -骤722中继续以恒压充电才莫式对电池包304充电。联系前面对图5至图7的描述，本发明电池管理系统可以通 过多种恒流充电模式(例如，标准恒流充电模式CCo、小恒流 充电才莫式CC厂CCmax),以及一种恒压充电才莫式(例如，标准恒 压充电模式CVo )对电池包304充电。通过对所述指令转换器426 进行配置/编4呈，则可以冲丸行其他的充电才莫式。比如i兌，该电池 管理系统可以通过一种恒流充电才莫式(例如，标准恒流充电才莫 式CC。)，以及多种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVo, 小恒压充电模式CV。-CV腦x，)对电池包304充电。另外，电池管 理系统还可以通过多种恒流充电才莫式(例如，标准恒流充电才莫式CC。、小恒流充电模式CC广CCmax),以及多种恒压充电模式 (例如，标准恒压充电模式CV。，小恒压充电模式CV。-CV腦x，)对电池包304充电。图8所示为根据本发明提供的 一 实施例的电池管理系统执 行的另 一种方法流程图800。以下将结合图3和图4对图8进行描述。如图8所示，在步骤802中，该电池管理系统监控一个电池 包304内的多个单体电池中每个单体电池。比如说，通过一个监 控电路424监控这些单体电池的电压、电流和温度等等，并且产 生指示每个单体电池状态的监控信号。在步骤804中，电池管理系统根据电池包304内的多个单体电池中每个单体电池的状态产生一个控制信号350。比如说，可 以根据如图4中所示的监控信号490—1-490—3 、 492和494来产生 该控制信号350。在步骤806中，电池管理系统根据该控制信号350调节一个 适配器302的输出功率。比如说，该电池管理系统可以通过控制 一个脉宽调制信号的占空比，从而调节该适配器302的输出功 率。因此，在本发明中提供了一种电池管理系统。在这样的一 个实施例中， 一个电池包可以通过集成在其内部的一个控制电 路直接控制一个适配器的输出功率。有利的是，可以根据该电 池包内每个单体电池的状态对该适配器的输出功率进行调节。 那么，在一个实施例中，可以根据单体电池的状态启动多种充 电模式。当所有的单体电池均被充满时，可启动充电终止模式。 除此之外，通过启动充电终止才莫式，可以避免任何异常现象出 现。根据该电池包的状态还可以启动多种充电才莫式。比如i兌， 在电池充电初期，可以启动一种标准恒流充电才莫式。当电池包 的电压大于 一个第 一 阈值时，可以启动 一种小恒流充电模式。 当电池包电压增加的变化率大于一个第二阈值时，也可以启动 一种小恒流充电模式。当电池包的电压大于一个第三阔值时， 可以启动 一种恒压充电模式。以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发 明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神 和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明 的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种电池管理系统，其特征在于，包括一个控制电路，用于根据一个电池包内的多个单体电池中每个单体电池的状态产生一个控制信号；和与所述控制电路连接的适配器，用于对所述电池包充电，其中所述适配器的输出功率由所述控制信号调节。
2. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述控制电路被集成在所述电池包中。
3. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述电池管理系统还包括一个监控电路，用于监控所述每个单体电池，及用于产生 指示所述每个单体电池的状态的监控信号。
4. 根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所 述电池管理系统还包括与所述监控电路连接的指令转换器，用于根据所述监控信 号产生所述控制信号。
5. 根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所 述指令转换器包括一个处理器。
6. 根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所 述指令转换器包括一个状态机。
7. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述电池管理系统还包括一个脉宽调制信号发生器，用于产生一个脉宽调制信号， 其中所述脉宽调制信号的占空比由所述控制信号控制。
8. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述信号控制包括模拟控制信号。
9. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述信号控制包括数字控制信号。
10. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括设置在所述电池包中的电池平tf电路，用于平tf所述多个 单体电池。
11. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述单体电池的状态包括所述每个单体电池的电压。
12. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述单体电池的状态包括所述每个单体电池的电流。
13. 根据权利要求l所述的电池管理系统，其特征在于，所 述单体电池的状态包括所述每个单体电池的温度。
14. 一种电池包的充电方法，其4争4正在于，所述充电方法 包括根据所述电池包内的多个单体电池中每个单体电池的状态 产生一个控制信号；和根据所述控制信号调节一个适配器的输出功率。
15. 根据权利要求14所述的电池包的充电方法，其特征在 于，所述充电方法还包括产生指示所述每个单体电池状态的监控信号。
16. 根据权利要求14所述的电池包的充电方法，其特征在 于，所述充电方法还包括根据所述控制信号控制一个脉宽调制信号的占空比。
17. 根据权利要求14所述的电池包的充电方法，其特征在 于，所述充电方法还包括监控所述每个单体电池的电流。
18. 根据权利要求14所述的电池包的充电方法，其特征在 于，所述充电方法还包括监控所述每个单体电池的电压。
19. 根据权利要求14所述的电池包的充电方法，其特征在 于，所述充电方法还包括监控所述每个单体电池的温度。
20. —种电池包，其特征在于，所述电池包包括 多个单体电池；与所述多个单体电池连接的监控电路，用于产生指示所述 多个单体电池中每个单体电池状态的监控信号；和与所述监控电路连接的指令转换器，用于产生控制一个适 配器输出功率的控制信号，其中所述控制信号是根据所述监控 信号产生的。
21. 根据权利要求20所述的电池包，其特征在于，所述指 令转换器包括一个处理器。
22. 根据权利要求20所述的电池包，其特征在于，所述指 令转换器包括一个状态机。
23. 根据权利要求20所述的电池包，其特征在于，所述控 制信号包括模拟控制信号。
全文摘要
本发明公开了一种电池管理系统、电池包以及电池包的充电方法。该电池管理系统包括一个控制电路和一个适配器。该控制电路可用于根据一个电池包内的多个单体电池中每个单体电池的状态产生一个控制信号。该适配器可接收该控制信号，以及对该电池包充电。该适配器的输出功率可由该控制信号调节。本发明所述的电池管理系统、电池包以及电池包的充电方法，可提高对电池包的充电效率与准确度，以及起到对电池包的保护作用。
文档编号H01M10/42GK101262079SQ20081000809
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月6日 优先权日2007年3月7日
发明者侯晓华, 刘柳胜, 张珍明, 栗国星, 汤瑞超, 郭建魁, 高汉荣 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司