专利名称：电池管理系统及控制车的方法
技术领域：
本发明涉及一种电子系统，特别是涉及一种电池管理系统及控制车的方法。
背景技术：
图1所示为一种传统的电池充电电路100的示意图。如图1所示，该电池充电电路100可由适配器102、脉宽调制控制器108、充电控制器110和电池组件104内的电池保护电路(图中未示出)来实现。适配器102可输出一个固定电压。充电器106(如图1所示的脉宽调制控制器108和充电控制器110)通过控制模块112中的电源开关和降压转换器可降低适配器102的输出电压，并将该降低后的电压传输给电池组件104。因此，传统的电池充电电路体积大，且成本高。图2所示为另一种传统的电池充电电路200的示意图。该电池充电电路200包括可控适配器202和外部控制芯片(如图2中的充电控制器210)。该外部控制芯片(如充电控制器210)根据电池组件204的电流/电压来控制可控适配器202的输出功率。如图 2所示，电池充电电路200也需要额外的开关212来控制电池组件204的充电电流。因此， 这种电池充电电路也是体积大且成本高。在传统的电池充电电路(例如电池充电电路100和电池充电电路200)中，由于电池失衡问题(例如，电池组件内的电池单元之间可能有着不同的电压/容量)，在某些电池单元未被充满的情况下，另外一些电池单元可能出现过充现象。尽管电池平衡电路可用来缓解这种电池不均勻问题，然而，只有在某一个电池单元接近满充时，为了防止电池过热现象，才会启动这种电池平衡模式。由于平衡时间的限制，该电池平衡电路可能效率低。换句话说，对所有这些电池单元的充电过程并不精确。电池组件也用于电动车中。电动车使用一个或多个电动发动机产生动力。电动发动机可以吸收来自电池组件的电能，以驱动车轮或推进器。电动车通常装有电池充电电路， 用于传送传统电源插口或专用充电站的能量，以给电池组件充电。电动车中的电池组件包括相对数目多的电池单元，例如超过100个电池单元相互串联。这样，增加了不同电池单元的线路连接的复杂度。
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及控制车的方法，以延长电池的寿命并提高电池管理系统的能量效率。为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案一种电池管理系统，其中，所述电池管理系统至少包括发动机，用于驱动车中的车轮和推进器；充电器，用于根据控制信号产生充电电能；电池组件，与所述充电器和所述发动机相连接，用于根据所述电池组件中的每个电池单元的状态产生所述控制信号；当所述车熄火时，所述电池组件通过充电通路接收所述充电电能；当所述车启动时，所述电池组件通过放电通路给所述发动机供电； 及总线，与所述充电器和所述电池组件相连接，用于将所述控制信号从所述电池组件传送至所述充电器。本发明所述的电池管理系统，所述总线根据协议而工作，所述协议从控制器局域网协议、车辆局域网络协议、互连式局域网络协议和FlexRay协议中选择。本发明所述的电池管理系统，所述电池组件包括多个电池单元模块，用于提供多个状态信号，其中，每个电池单元模块包括预设数目的电池单元，且提供表示所述预设数目的电池单元中的每个电池单元的状态的状态信号；及电子控制单元，与所述多个电池单元模块相连接，用于根据来自所述每个电池单元模块的状态信号产生所述控制信号。本发明所述的电池管理系统，所述充电器包括供电模块，用于当所述车熄火时， 提供供电电压以给所述电子控制单元供电。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括直流至直流转换器，与所述电池组件相连接，用于当所述车启动时，将所述电池组件的电池电压转换为第一驱动电压，以给所述电子控制单元供电。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括蓄电池，当所述车启动时，由所述第一驱动电压给所述蓄电池充电，当所述车熄火时，所述蓄电池提供第二驱动电压，以给所述车的元件供电。本发明所述的电池管理系统，所述充电器包括充电控制模块，用于产生表示所述充电器的最大充电电压和最大充电电流的验证信号。本发明所述的电池管理系统，所述电池组件包括电子控制单元，用于当所述验证信号表示所述充电器适合给所述电池组件充电时，产生所述控制信号，还用于当所述验证信号表示所述充电器不适合给所述电池组件充电时，产生终止信号，以停止所述充电器的工作。本发明所述的电池管理系统，所述总线将所述验证信号从所述充电器传至所述电池组件，将所述终止信号从所述电池组件传至所述充电器。本发明所述的电池管理系统，所述充电器包括转换器，用于根据脉冲信号将输入电能转换为所述充电电能；处理器，与所述转换器相连接，用于从所述控制信号中接收与所述充电电能的充电电压相关的参考电压和与所述充电电能的充电电流相关的参考电流；及脉冲信号产生器，与所述转换器和所述处理器相连接，用于根据所述参考电压和所述参考电流产生所述脉冲信号，以调节所述充电电能。本发明所述的电池管理系统，所述脉冲信号产生器包括第一误差放大器，与节点相连接，用于接收表示所述充电电压的第一感应信号，并根据所述充电电压和所述参考电压之间的比较结果调节所述节点的节点电压；第二误差放大器，与所述节点相连接，用于接收表示所述充电电流的第二感应信号，并根据所述充电电流和所述参考电流之间的比较结果调节所述节点电压，其中，根据所述节点电压产生所述脉冲信号。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括仪表控制单元，与所述总线相连接，用于接收表示所述电池组件的状态的状态数据，并将所述状态显示在所述车的仪表面板上。本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括车辆控制单元，与所述总线和用户接口相连接，用于通过所述用户接口与用户交互，以产生控制指令控制所述充电器和所述电池组件。
本发明所述的电池管理系统，所述电池管理系统还包括发动机驱动处理器，与所述总线和所述发动机相连接，用于执行以下操作中的至少一种操作启动和停止所述发动机、选择所述发动机的转动方向、调节所述发动机转动速率、调节转矩及保护所述发动机以避免过载和错误的发生。一种控制车的方法，其中，所述方法至少包括以下步骤根据电池组件中的多个电池单元中的每个电池单元的状态产生控制信号；当所述车熄火时，充电器根据所述控制信号产生充电电能，以对所述电池组件充电；当所述车启动时，所述电池组件给所述车中的发动机供电；及通过所述车中的总线将所述控制信号从所述电池组件传送至所述充电器。本发明所述的控制车的方法，所述方法还包括电子控制单元分别从多个电池单元模块接收多个状态信号，其中，每个电池单元模块包括预设数目的电池单元，且每个状态信号表示所述预设数目的电池单元中的每个电池单元的状态；及所述电子控制单元根据所述多个状态信号产生所述控制信号。本发明所述的控制车的方法，所述方法还包括当所述车熄火时，所述充电器提供电源电压以给所述电子控制单元供电；及当所述车启动时，将所述电池组件的电池电压转换为驱动电压，以给所述电子控制单元供电。本发明所述的控制车的方法，所述方法还包括接收表示所述充电器的最大充电电压和最大充电电流的验证信号；如果所述验证信号表示所述充电器适合给所述电池组件充电，则产生所述控制信号；及如果所述验证信号表示所述充电器不适合给所述电池组件充电，则产生终止信号，以停止所述充电器的工作。本发明所述的控制车的方法，所述方法还包括从所述控制信号中接收与所述充电电能的充电电压相关的参考电压和与所述充电电能的充电电流相关的参考电流；根据所述参考电压和所述参考电流产生脉冲信号；及根据所述脉冲信号将输入电能转换为所述充电电能。本发明所述的控制车的方法，所述方法还包括根据所述充电电压和所述参考电压之间的比较结果调节节点的节点电压；根据所述充电电流和所述参考电流之间的比较结果调节所述节点电压；及根据所述节点电压产生所述脉冲信号。与现有技术相比，本发明的电池管理系统实现了根据每个电池单元的状态选择不同的充电模式。因此，所有的电池单元都可以充满电，且防止不良状态的发生。由此，延长了电池的寿命，并提高了电池管理系统的能量效率。
图1所示为一种传统的电池充电电路的结构示意图；图2所示为另一种传统的电池充电电路的结构示意图；图3所示为本发明实施例提供的电池管理系统的结构示意图；图4所示为本发明实施例提供的另一电池管理系统的结构示意图；图5所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的方法流程图；图6所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的另一方法流程图；图7所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的另一方法流程图；图8所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的另一方法流程图9所示为本发明实施例提供的电源管理系统的结构示意图；图10所示为根据本发明实施例提供的电池控制器执行的方法流程图；图11所示为根据本发明实施例提供的具有电池管理功能的车载电子系统的结构示意图；图12所示为根据本发明实施例提供的电池组件的结构示意图；图13所示为根据本发明实施例提供的充电器的结构示意图；图14所示为根据本发明实施例提供的PWM信号生成器的结构示意图；图15所示为根据本发明实施例提供的操作车载电子系统的方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式
进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。 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。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。图3所示为本发明实施例提供的电池管理系统300的结构示意图。电池管理系统 300包括可对电池组件304充电的适配器302 (例如一可控适配器)，其中，电池组件304包括多个电池单元310_1至310_n。在一个实施例中，控制电路320可用于监控电池组件304，并且产生用于控制适配器302的输出功率的控制信号350，以启动多种充电模式。更具体地说，控制电路320可用于根据电池组件304中的多个电池单元310_l-310_n的每个电池单元的状态(例如，电池电压、电池电流、电池温度和电池容量)产生控制信号350。在一个实施例中，与控制电路 320连接的适配器302可对电池组件304充电。有利的是，可以通过控制信号350来调节适配器302的输出端340的输出功率。在一个实施例中，控制电路320被集成到电池组件304内。由此，电池组件304可直接根据每个电池单元的状态来控制适配器302的输出端340。因此，可省去外部控制芯片 (例如，充电控制器)和外部电源开关。在一个实施例中，控制电路320可以启动多种充电模式。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 = 1,2,.. ·，max，其中max是数字η的预设最大值，数字η则代表各种不同的恒流充电模式的数目)、标准恒压充电模式 CVmOn = 0)、小恒压充电模式CVmOn = 1，2，· ··，max，，其中max，是数字m的预设最大值，数字m则代表各种不同的恒压充电模式的数目)以及充电终止模式。在一个实施例中，当出现电池失衡现象时，可以启动小恒流充电模式或者小恒压充电模式。在另一个实施例中，当出现任何异常现象或错误时，或者当所有的电池单元都被充满时，可以启动充电终止模式。有利的是，在一个实施例中，当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供恒定充电电流Itl时，可启动标准恒流充电模式CCy由此，电池组件304由恒定充电电流Ici进行充电。在另一个实施例中，当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供恒定充电电流In(n = 1,2,. . .，max)时，小恒流充电模式CCn(n = 1,2,. . .，max)可被启动。由此，电池组件304由恒定充电电流In(n = 1,2,... ,max)进行充电。在一个实施例中，I。>
Il〉工2〉· · ·〉Imax0同理，在一个实施例中，当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供恒定充电电压Vtl时，可启动标准恒压充电模式OV由此，电池组件304由恒定充电电压Vtl进行充电。在另一个实施例中，当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供恒定充电电压VmOn= 1,2, . . .，max，)时，可启动小恒压充电模式CVm(m = 1,2, . . .，max，)。由此， 电池组件304由恒定充电电压Vm(m = 1,2, ... , max’ )进行充电。在一个实施例中，V。> V1 > V2 > . . . > V-’。有利的是，通过根据每个电池单元的状态来启动不同的充电模式(CC。， CC1, . . . CCmax或CVtl, CV1, ... , CVmax,)，电池组件304中所有电池单元可以被充满，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，在一个实施例中，电池组件304内的控制电路320可监控每个电池单元的状态，并且控制适配器302的输出功率，以启动多种充电模式(CCtl, CC1,CCfflax或 CV0, CV1, ...，CVmax，)。在另一个实施例中，控制电路320也可设置在电池组件304的外部， 用于监控电池组件304的状态(例如，电池组件电压和电池组件电流)，并产生控制信号以启动多种充电模式(CCQ，CC1, ...，CCmax 或 CVQ，CV1, ...，CVmax，)。图4所示为本发明实施例提供的电池管理系统400的结构示意图。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，电池组件304包括三个电池单元电池单元310_1、电池单元310_2和电池单元310_3。图4中，监控电路424(例如，状态测量电路)被设置用于监控每个电池单元 310_1-310_3的状态(例如，电池电压、电池电流、电池温度以及电池容量)，并且避免任何一个电池单元310_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)。在一个实施例中，监控电路似4监控每个电池单元310_1-310_3，并产生指示电池单元310_1-310_3状态的监测信号。举例来说，监控电路似4监测电池单元310_1_310_3的电压，并且产生分别用于指示电池单元310_1-310_3的电池电压的监测信号490_1-490_3。在一个实施例中，由于所有电池单元310_1-310_3具有相同的电流，监控电路4M可通过感应电阻470监测电池电流，并且产生用于指示电池电流的监测信号492。在另一个实施例中，监控电路似4也可通过温度传感器472来监控电池温度，并且产生用于指示电池温度的监测信号494。在一个实施例中，该监控电路似4还可监测电池单元310_1-310_3的电池容量，并且产生分别用于指示电池单元310_1-310_3的电池容量的监测信号(图中未示出)。有利的是，在一个实施例中，与监控电路4M连接的指令转换器似6可根据监测信号490_1-490_3、492和494产生一个控制信号350。更具体地说，集成到电池组件304中的指令转换器似6可基于每个电池单元状态产生用于控制适配器302的输出功率的控制信号350。相应地，在一个实施例中，可以根据电池单元的状态启动不同的充电模式。在另一个实施例中，指令转换器4 也可设置在电池组件304的外部。在一个实施例中，指令转换器4 可以通过连接在指令转换器4 与电池组件304之间的串行总线来接收监测信号 490_1-490_3、492和494。例如，单线总线或者二线式总线(例如，系统管理总线(SMBus总线)、内部集成电路总线(I2C总线)等)。在一个实施例中，指令转换器似6可由处理器(例如，微处理器)或者状态机来实现。在另一个实施例中，指令转换器4 可以启动但不限于标准恒流充电模式CCn(n = 0)、 小恒流充电模式CCn(n = 1，2，...，max)、标准恒压充电模式CVm(m = 0)、小恒压充电模式 CVmOn= 1，2，...，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可用于控制由脉宽调制信号发生器480所产生的脉宽调制信号的占空比。在一个实施例中，脉宽调制信号发生器480可设置在适配器302中。通过调节该脉宽调制信号的占空比，适配器302 的输出端340的输出功率可相应的得到调节。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。例如，如果需要根据电池单元的状态来启动标准恒流充电模式(CCtl),模拟控制信号将调节该脉宽调制信号的占空比，从而使适配器302输出恒定电流I。。在另一个实施例中，控制信号350是数字控制信号。适配器302中设置有解码器 (图中未示出)，该解码器用于将该数字控制信号转化为模拟控制信号，以控制适配器302 内部产生的脉宽调制信号的占空比。进一步地，在一个实施例中，指令转换器似6还控制电池组件304内的充电开关 430和放电开关432。在一个实施例中，当充电开关430断开时，电池充电过程结束。在一个实施例中，当电池组件304对系统负载(图中未示出)供电时，导通放电开关432。在一个实施例中，为了改善电池单元310_1_310_3的性能，电池组件304还包括用于平衡电池单元310_1-310_3的电池平衡电路428。电池平衡电路似8可设置在监控电路 424的内部，也可设置在监控电路424的外部。在一个实施例中，为了减少流经失衡电池单元的电流，电池平衡电路4 可在失衡电池单元上分流出一个漏电流(旁路电流)。如图 4中的电池平衡电路4 所示，当开关410_1导通时，电池单元310_1可被分流出一个漏电流。当开关410_2导通时，电池单元310_2可被分流出一个漏电流。当开关410_3导通时， 电池单元310_3可被分流出一个漏电流。开关410_1-410_3可由监控电路4 或者指令转换器4 控制。由此，电池平衡电路4 可由监控电路4 或者指令转换器4 控制。电池失衡现象包括但不限于以下几种。在一个实施例中，当某个电池单元的电池电压与其他电池单元的电池电压存在电压偏差，并且该电压偏差超过预设值AV时，则该电池单元处于失衡状态。在另一个实施例中，当某个电池单元的电池电压超过一个预设的阈值电压Vbalanre时，则该电池单元处于失衡状态。在另一个实施例中，当某个电池单元的电压变化率dV/dt(电池单元的电池电压相对于时间的导数)超过一个预设的电压变化率 (dV/dt)th时，则该电池单元处于失衡状态。在另一个实施例中，当某个电池单元的电池容量与其他电池单元的电池容量存在容量偏差，并且该容量偏差超过一个预设的容量偏差AC， 则该电池单元处于失衡状态。有利的是，如前面所述，当电池失衡现象发生时，适配器302可输出较小的充电电流(小恒流充电模式)对电池组件304充电。因此，为了将所有电池单元充满，电池平衡电路4 需要更长的时间执行电池平衡(通过启动漏电流)。
图5所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的方法流程图500。在一个实施例中，可对指令转换器似6进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图500的方式实现。更具体地说，在一个实施例中，流程图500阐明了指令转换器4 如何通过不同的电池单元的状态来启动不同的充电模式。以下将结合图3和图4对图5进行描述。在图5给出的例子中，在一个实施例中，电池管理系统首先以标准恒流充电模式 CCtl对电池组件304充电。在一个实施例中，如果出现任一种电池失衡现象，电池管理系统则以小恒流充电模式CCn (n =1,2,... ,max)对电池组件304充电。在一个实施例中，如果电池组件304的最高电池电压(例如，若电池单元310_1的电池电压为3. 8V，电池单元310_2 的电池电压为3. 9V，电池单元310_3的电池电压为4. 05V，那么该电池组件中的最高电池电压为4. 05V)大于一个预设电压V1 (例如，锂电池单元的3. 9V)，电池管理系统将执行失衡检查，看是否出现电池失衡情况。在一个实施例中，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衡电路4 为失衡的电池单元分流出漏电流，还对电池组件304的充电电流进行调节(例如，减小充电电流)。如果电池组件304的平均电池电压大于一个预设电压V2 (例如，单体锂电池的4. 2V)，该电池管理系统则以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电。在一个实施例中，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组件304充电，并且将象征不同恒流充电模式的数字η初始化为0。在步骤504中，恒流充电模式CCn由控制信号350启动。例如，当η设为0时，标准恒流充电模式CCtl将被启动。当η为1到max之间的一个数时，小恒流充电模式CCn(n = 1,2, ... , max)将被启动。在步骤506中，执行保护检查，例如，指令转换器4 接收来自监控电路424的监测信号，以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，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。由此，指令转换器4 将断开充电开关430以终止对电池充电。如果无异常现象出现，该流程将转到步骤508。在步骤508中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的平均电池电压与预设电压V2(例如，单体锂电池的的4. 2V)进行比较，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。在一个实施例中，如果电池组件304的平均电池电压大于预设电压 V2，即意味着可以通过恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电， 那么该流程将转到步骤524。而如果电池组件304的平均电池电压小于预设电压V2,即意味着可以通过标准恒流充电模式/小恒流充电模式对电池组件304充电，流程将转到步骤 510。在步骤510中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的最高电池电压与预设电压V1 (例如，单体锂电池的3. 9V)进行比较，预设电压V1用于确定是否执行电池失衡检查。在一个实施例中，如果该最高电池电压大于预设电压V1，将执行电池失衡检查，流程将转到步骤512。如果最高电池电压小于预设电压V1，流程将返回到步骤504。为了简明起见， 前面已经对步骤504以及其后续步骤进行的描述在此省略。步骤进行的描述在此省略。在步骤512中，执行失衡检查。如果无异常现象，流程将返回到步骤504。如果检查出任何异常现象，为失衡的电池单元启动漏电流(此步骤未被显示在流程图500中)，流
11程转到步骤514。在步骤514中，启动计时器。在步骤516中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的平均电池电压与一个预设电压V2进行比较(类似于步骤508)，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。在一个实施例中，如果电池组件304的平均电池电压大于预设电压V2，即意味着可以通过恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电，流程转到步骤524。为了简明起见，前面已经对步骤524以及其后续步骤进行的描述在此省略。返回至步骤516，而如果电池组件304的平均电池电压小于预设电压V2,即意味着仍可以通过标准恒流充电模式/小恒流充电模式对电池组件304充电，流程将转到步骤518。在步骤518中，如果计时器超时(例如，该计时器运行超过一个预设时间)，流程转到步骤520。如果该计时器未超时，流程返回到步骤516。在步骤520中，可以利用指令控制器4 将数字η与预设最大值max进行比较。如果η等于预设最大值max，流程返回到步骤504，继续运行小恒流充电模式CCmax。否则，流程将转到步骤522。在步骤522中，数字η自加1，然后流程返回到步骤504中。为了简明起见，前面已经对步骤504以及其后续步骤进行的描述在此省略。在步骤524中，恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)由控制信号350启动。在步骤5 中，执行保护检查(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。否则，该流程将转到步骤528。在步骤5 中，如果电池组件304中的所有电池单元都被充满，该流程将转到步骤 530。否则，流程返回到步骤524，继续以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电。在一个实施例中，指令转换器4 接收来自监控电路4 的监测信号，以确定所有的电池单元是否被充满。在步骤530中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。图6所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的另一种方法流程图 600。在一个实施例中，可对指令转换器似6进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图600的方式实现。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，在一个实施例中，电池管理系统首先以标准恒流充电模式 CC0对电池组件304充电。在一个实施例中，如果出现电池失衡现象，电池管理系统以小恒流充电模式CCn(n = 1，2，. . . ,max)对电池组件304充电。在一个实施例中，如果电池组件 304的平均电池电压大于预设电压V2 (例如，单体锂电池的4. 2V)，电池管理系统以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电。在一个实施例中，如果电池组件304的最高电池电压大于预设电压V3(例如，单体锂电池的4. 3V)，并且电池组件304的平均电池电压小于预设电压V2,电池管理系统将恒流充电模式CCn改为恒流充电模式CCn+1， 从而减少对电池组件304的充电电流以启动对电池组件304的过压保护。在一个实施例中， 电池管理系统也可执行保护检查。在步骤602中，电池管理系统开始对电池组件304充电，并且将表示不同恒流充电模式的数字η初始化为0。
在步骤604中，恒流充电模式CCn由控制信号350启动。例如，当η被设为0时，启动标准恒流充电模式CQ。当η为1到max之间的一个数时，启动小恒流充电模式CCn(n = 1，2，· · ·，ITl3-Χ) ο在步骤606中，执行保护检查。例如，指令转换器4 接收来自监控电路4 的监测信号，并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)。在一个实施例中，如果出现任何异常现象，流程将转到步骤636，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。由此，指令转换器4 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，流程转到步骤608。在步骤608中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的最高电池电压与预设电压V3进行比较，以检测是否出现电池过压现象。如果该最高电池电压大于该预设电压 V3(表示出现电池过压现象)，流程转到步骤614。在步骤614中，数字η自加1。然后流程转到步骤624，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。如果该最高电池电压小于预设电压V3 (表示没有出现电池过压想象)，流程转到步骤610。在步骤610中，执行失衡检查。如果无失衡现象出现，流程转到步骤624以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。如果检查出现电池失衡现象，为失衡的电池单元启动漏电流(此步骤未被显示在流程图600中)，流程转到步骤615。在步骤 615中，启动计时器。在步骤616中，如果计时器超时，流程转到步骤618，并且数字η自加 1。然后，流程转到步骤624，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。 如果计时器没有超时，流程转到步骤622(类似于步骤624)，以确定是否启动恒压充电模式 (例如，标准恒压充电模式CVtl)。在步骤622中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的平均电池电压与预设电压V2进行比较。如果该平均电池电压小于预设电压V2，流程返回到步骤616。为了简明起见，前面已经对步骤616以及其后续步骤进行的描述在此省略。如果该平均电池电压大于预设电压V2，流程转到步骤626。在步骤624中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的平均电池电压与预设电压V2进行比较，以确定是否启动恒压充电模式。如果该平均电池电压小于预设电压V2, 流程返回到步骤604。为了简明起见，前面已经对步骤604以及其后续步骤进行的描述在此省略。如果该平均电池电压大于预设电压V2,流程转到步骤626。返回到步骤616中，如果计时器没有超时，流程转到步骤622(类似于步骤624)，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。在步骤622中，可以利用指令控制器似6将电池组件304的平均电池电压与预设电压V2进行比较。如果该平均电池电压小于预设电压V2，流程返回到步骤616。为了简明起见，前面已经对步骤616以及其后续步骤进行的描述在此省略。如果该平均电池电压大于预设电压V2,流程转到步骤626。在步骤626中，启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。在步骤拟8中，执行保护检查(类似于步骤606)。如果出现任何异常现象，流程转到步骤636，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。如果无异常现象出现，流程转到步骤 630。在步骤630中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的最高电池电压与预设电压V3进行比较(类似于步骤608)，以检查是否出现电池过压现象。如果该最高电池电压大于预设电压V3(表示出现电池过压现象)，流程转到步骤634。在步骤634中，η被设置为该预设最大值max，然后流程返回到步骤604。基于此，最小恒定电流Uh > I1 > I2 >...> Ifflax)启动。如果该最高电池电压小于预设电压V3(表示没有出现电池过压现象)， 流程转到步骤632。在步骤632中，如果所有电池单元都被充满，流程转到步骤636，以终止对电池充电。否则，流程返回到步骤626，继续执行恒压充电模式。为了简明起见，前面已经对步骤 626以及其后续步骤进行的描述在此省略。图7所示为根据本发明实施例提供的电池管理系统执行的另一种方法流程图 700。在一个实施例中，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)。由此，可以通过流程图700提供的方法，即通过减少当电池出现电压跳变时的电池充电电流，对磷酸盐锂电池进行充电。在本实施例中，可对指令转换器似6进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图700的方式实现。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，电池管理系统首先以标准恒流充电模式CCtl对电池组件 304充电。在一个实施例中，如果出现电池过压现象，该电池管理系统将以小恒流充电模式 CCn (n = 1,2,..., max)对电池组件304充电。在一个实施例中，如果电池组件304的最高电池电压大于预设电压％(例如，单体锂电池的4. 3V)，则出现电池过压现象。如果发生电池电压跳变，电池管理系统以小恒流充电模式(例如，以充电电流为〗_(、> I1 > I2 > ... > Ifflax)的小恒流充电模式CCmax)对电池组件304充电。在一个实施例中，当电压(例如，某个电池单元的电池电压或者多个电池单元的平均电池电压)的增量ΔΥ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。当电池组件304的电池单元平均电压大于预设电压％(例如，单体锂电池的4. 2V)时，该电池管理系统则以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对该电池组件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组件304充电，并且将象征不同恒流充电模式的数字η初始化为0。在步骤704中，恒流充电模式CCn由控制信号350启动。例如，当η设为0时，启动标准恒流充电模式CQ。当η为1到max之间的一个数时，启动小恒流充电模式CCn(n = 1，2，· · ·，ITl3-Χ) ο在步骤706执行的保护检查，例如，指令转换器4 接收来自监控电路4 的监测信号，并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，流程转到步骤728，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。基于此，指令转换器4 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，流程转到步骤708。在步骤708中，可以利用指令控制器4 将电池组件304的最高电池电压与预设电压V3进行比较，以检测是否出现电池过压现象。如果该最高电池电压大于预设电压V3(表示出现电池过压现象)，流程转到步骤710。在步骤710中，数字η自加1。然后流程转到步骤712。如果该最高电池电压小于预设电压V3 (表示没有出现电池过压想象)，流程直接转到步骤712。在步骤712中，执行电压跳变检查。
在步骤714中，如果电压(例如，某个电池单元电压或者多个电池单元的平均电压)的增量ΔΥ与其变化时间At的比值Δν/At小于预设值Δ th，流程返回到步骤704。 为了简明起见，前面已经对步骤704以及其后续步骤的描述，在此省略。在步骤716中，如果电压(例如，某个电池单元电压或者所述多个电池单元平均电压)的增量AV与其变化时间At的比值Δν/At大于预设值Ath，则以小恒流充电模式 (例如，CCfflax)对电池组件304充电。控制信号350将控制适配器302输出恒定充电电流 (Imax)对电池组件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，将电池组件304 的平均电池电压与预设电压V2进行比较，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)。如果电池组件304的平均电池电压小于预设电压V2,意味着可以继续以小恒流充电模式对该电池组件304充电，流程返回到步骤716。如果电池组件304的平均电池电压大于预设电压V2，流程转到步骤722。在步骤722中，恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充 H1^ ο在步骤7 中，如果所有电池单元均被充满，流程在步骤7 终止(启动充电终止模式)。否则，流程返回到步骤722，继续以恒压充电模式对电池组件304充电。结合前面对图5-图7的描述，在一个实施例中，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CCtl、小恒流充电模式CC1-CCmax)以及恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl)对电池组件304充电。通过对指令转换器4 进行配置 /编程，可以执行其他的充电模式。例如，该电池管理系统可以通过恒流充电模式(例如，标准恒流充电模式CCtl)以及多种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CVtl、小恒压充电模式CV1-CVmax，)对电池组件304充电。另外，还可以通过多种恒流充电模式(例如，标准恒流充电模式CCtl、小恒流充电模式CC1-CCmax)以及多种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式 CV0,小恒压充电模式CV1-CVmax，)对电池组件304充电。图8所示为根据本发明实施例提供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电池组件304内的多个电池单元中的每个电池单元。例如，监控电路4 监控电池电压、电流和温度等，并且为每个电池单元产生用于指示每个电池单元的状态的监测信号。在步骤804中，电池管理系统根据电池组件304内的多个电池单元中的每个电池单元的状态产生控制信号350。例如，可以根据如图4中所示的监测信号4901-4903、492和 494来产生控制信号350。在步骤806中，电池管理系统根据控制信号350调节适配器302的输出功率。例如，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以调节适配器302的输出功率。相应地，本发明提供了一种电池管理系统。在这样的一个实施例中，电池组件可以通过集成在其内部的控制电路直接控制适配器的输出功率。有利的是，可以根据该电池组件内的每个电池单元的状态调节该适配器的输出功率。那么，在一个实施例中，可以根据电池单元的状态启动多种充电模式。由此，当所有的电池单元均被充满时，可启动充电终止模式，从而避免了任何异常现象出现。在一个实施例中，根据该电池组件的状态还可以启动多种充电模式。例如，在电池充电初期，可以启动标准恒流充电模式。在一个实施例中，当电池组件的电压大于第一阈值时，可以启动小恒流充电模式。当电池电压在某一时间段的增量大于第二阈值时，也可以启动小恒流充电模式。当电池组件的电压大于第三阈值时，可以启动恒压充电模式。图9所示为本发明实施例提供的电源管理系统900的结构示意图。在图9与图4 中标记相同的元件具有相似的功能，在此将不对这些元件进行详细描述。电源管理系统900包括适配器902，用于对电池组件904充电并且对系统负载910 供电。在一个实施例中，适配器902可以在对电池组件904充电的同时对系统负载910供电。适配器902可以给电池组件904中的电池控制器920产生用于指示最大适配功率的功率识别信号952，并且可以接收来自电池控制器920的控制信号950。其中，控制信号950 与图4中的控制信号350相似。功率识别信号952可以是电压信号，并且功率识别信号952 的电压电平可以指示适配器902的最大可用功率。在一个实施例中，电池组件904包括电池控制器920和监控电路424。电池控制器920可以接收来自适配器902的功率识别信号 952，并且根据电池组件904的状态以及系统负载910的状态产生控制信号950以调节适配器902的输出功率。更具体地说，控制信号950可以是模拟控制信号或者数字控制信号。控制信号950可通过调节由适配器902内部的脉宽调制信号发生器480产生的脉宽调制信号的占空比，以调节适配器902的输出功率。在一个实施例中，功率识别信号952和控制信号 950通过单信号总线传递。在另一个实施例中，功率识别信号952和控制信号950通过双信号总线分别传递。电池控制器920可以通过监测感应电阻940上的电压来监测来自适配器902的输出电流。举例说明，差分放大器(未显示在图9中)可以连接至感应电阻940以放大感应电阻940上的电压，并且产生用于指示适配器902的输出电流的模拟监测信号。模拟数字转换器(未显示在图9中)可以连接至该差分放大器，以将模拟监测信号转换成用于指示适配器902的输出电流的数字信号。电池控制器920也可以从监控电路4 接收电池组件904的监测信息。根据对图 4的相关描述，监控电路4M可以监测每个电池单元310_1-310_3的状态(例如，电池电压、 电池电流、电池温度或电池容量)，并且防止每个电池单元310_1-310_3出现异常现象(例如，电池过压、电池过流、电池温度过高或者电池过充)。在一个实施例中，监控电路4 也通过感应电阻470来监测电池电流(例如，电池充电电流)，并且产生用于指示所述电池电流的监测信号492。电池控制器920可以接收来自监控电路4M的监测信息。有利的是，电池控制器920可以根据适配器的输出电流与电池充电电流的差值来计算提供给系统负载 910的总功率/总电流。有利的是，电池控制器920可以根据电池组件904的状态(例如，电池组件904的充电电流或者用于对电池组件904充电的功率)以及系统负载910的状态(例如，流入系统负载910的电流或者用于对系统负载910供电的总功率)来调节适配器902的输出功率。 换句话说，可根据系统的需求以及电池的需求/状态来动态地并且自动地调节适配器902 的输出功率。举例说明，如果需要以恒流充电模式CC1对电池组件904进行充电，电池控制器920可以调节控制信号952，使得在电池组件904被恒定的充电电流Il充电的同时，系统负载910仍然接收足够的功率并且正常工作。在一个实施例中，电池控制器920可以以图 5至图7所描述的方式实现。在一个实施例中，电池控制器920根据适配器902的输出功率(例如，根据指示适配器902输出电流的监测信号)来调节电池组件904的充电电流。举例说明，可通过监测感应电阻940来产生指示所述适配器输出电流的监测信号。在一个实施例中，当电池控制器920探测到所述适配器的输出功率达到最大适配功率时(例如，当指示所述适配器输出电流的监测信号等于或者大于预设值时)，电池控制器920可以减少/切断电池组件904的充电电流，以确保有足够的功率提供给系统负载910，从而使得系统负载910正常工作。在一个实施例中，电池控制器920可以断开充电开关430以切断所述充电电流。在另一个实施例中，由于充电开关430可由电池控制器920产生的脉宽调制信号来启动，电池控制器 920可以通过减少用于控制充电开关430的脉宽调制信号的占空比来减少充电电流。有利的是，电池控制器920可以基于适配器902的输出功率在系统负载910和电池组件904之间动态地分配功率。在一个实施例中，如果适配器902出现异常现象(或者出现错误)，电池控制器 920产生信号以断开连接在适配器902和电池组904之间的开关960。举例说明，当电池控制器920探测到适配器902的输出电压大于预设阈值，开关960可被断开，以保护电池组件 904和系统负载910。图10所示为根据本发明实施例提供的电池控制器(例如，电池控制器920)执行的一种方法流程图1000。以下将结合图9对图10进行描述。在步骤1002中，电池控制器920接收用于指示最大适配功率(例如，来自适配器 902的最大适配功率)的功率识别信号952。在步骤1004中，可以根据电池组件904的状态以及由适配器902供电的系统负载 910的状态来产生控制信号950，以调节适配器902的输出功率，该控制信号例如可以由电池控制器920产生。在步骤1006中，可以通过电池控制器920接收用于指示适配器902输出电流的监
测信号。在步骤1008中，电池组件904的充电电流可以根据指示适配器902输出电流的监测信号来调节。有利的是，在一个实施例中，当电池控制器920探测到适配器的输出功率达到最大适配功率时(例如，当指示适配器输出电流的监测信号等于或者大于预设值时)，电池控制器920可以减少/断开电池组件904的充电电流，以确保有足够的功率提供给系统负载910，从而使得系统负载910正常工作。图11所示为根据本发明实施例提供的具有电池管理功能的车载电子系统1100。 图11将结合图3、图4和图9进行描述。在一个实施例中，车载电子系统1100控制车的工作。本发明实施例中的车具体可以是电动车或混合动力车，但电动车或混合动力车并不能构成对本发明实施例的限制，只要通过本发明实施例对车进行控制的技术方案，均为本发明实施例所请求保护的技术方案。在一个实施例中，车载电子系统1100包括发动机1110、 车辆管理元件和电源管理元件。车辆管理元件包括发动机驱动处理单元(motor driver processing unit，MPU) 1132、直流至直流转换器 1134、仪表控制单元(instrument control unit, ICU) 1138、车辆控制单元(vehicle control unit, VCU)1142。电源管理元件包括充
17电器1102和电池组件1104。车载电子系统1100还包括车辆总线1106，该车辆总线1106用于连接车载电子系统1100中的元件，该车载电子系统1100中的元件可以包括车辆管理元件和电源管理元件，该车辆总线1106还用于根据一个或多个车辆总线协议在多个元件之间传输数据信息。 车辆总线协议包括且不限于控制器局域网络(controller area network, CAN)协议、车 ^Jwii^Mt^ (vehicle area network, VAN)十办^ ^ ^ : 网 各(local interconnect network, LIN)协议和FlexRay协议。在图11的实施例中，车辆总线1106可以是CAN总线， 其采用CAN协议。CAN协议预定义了信息的格式和规则，以根据CAN标准交换这些信息。由此，在启动期间，与车辆总线相连接的元件(例如充电器1102和电池组件1104)判断其是否支持CAN协议，例如判断其是否可以根据CAN标准通过车辆总线1106相互交换信息。 由此，如果充电器1102和电池组件1104都支持CAN协议，则充电器1102和电池组件1104 之间建立握手。仪表控制单元1138控制与其相连的车的仪表1140。仪表1140包括且不限于速度表、转速表、里程表、电池状态表、低电池电量灯和手刹灯。与用户接口 1144相连接的车辆控制单元1142通过用户接口 1144与用户交互，以控制与车辆总线1106相连接的元件。例如，当车启动时，车载电子系统1100中的元件执行自检，并产生用于表示在自检过程中是否发现内部错误的结果数据。车辆总线1106将结果数据传送至车辆控制单元1142。如果结果数据表示发现了内部错误，例如当电池组件 1104没电时，车辆控制单元1142向用户接口 1144反馈结果信息或向仪表控制单元1138发送控制指令，以在相应的仪表上发出警报。如果结果数据表示所有的元件都通过了自检，例如没有发现内部错误，车辆控制单元1142向每个元件发送开启指令。由此，启动了车载电子系统1100。进一步地，车辆控制单元1142通过接收来自与车辆总线1106相连接的元件的感应数据来检测这些元件的状态。车辆控制单元1142与用户接口 1144进行交互，并据此发送控制指令去控制这些元件。例如，仪表控制单元1138可以根据来自车辆控制单元1142 的控制指令在对应仪表的面板上显示各种感应信息，例如车的速度、发动机1110的转速、 电池容量等。发动机驱动处理单元1132控制发动机1110，例如根据车辆控制单元1142产生的控制指令来控制发动机1110。例如，发动机驱动处理单元1132可以启动和停止发动机 1110，选择发动机1110的转动方向，选择和调节发动机1110的转动速率，调节转矩及保护发动机1110以避免过载和错误的发生。此外，发动机驱动处理单元1132将表示发动机1110 的状态(例如发动机1110的转速)的发动机状态数据转发至车辆控制单元1142。相应地，车辆控制单元1142控制仪表控制单元1138，以将转速显示在转速表上。在一个实施例中，电池组件1104包括多个电池单元模块，例如电池单元模块 1120_1、电池单元模块1120_2和电池单元模块1120_3。尽管在图11中的实施例中提供了 3个电池单元模块，其他数目的电池模块也可以适用于电池组件1104中。电池单元模块 1120_1、电池单元模块1120_2和电池单元模块1120_3均包括各自预设数目的电池单元，该电池单元例如可以为锂电池单元、铅酸电池单元、镍镉/镍氢(Ni⑶/NiMH)电池单元、或磷酸铁锂(LiFeP04)电池单元。
电池组件1104可以工作在充电模式或放电模式。电池组件1104通过放电通路 1160和逆变器1108与发动机1110相连接。在图11的实施例中，发动机1110是交流(AC) 电机。当车启动时，电池组件1104切换到放电模式，例如通过导通放电开关1170来导通放电通路1160实现放电模式。在放电模式，串联的电池单元模块1120_1-1120_3产生电池电压VBAT。逆变器1108将电池电压Vbat转换为交流(AC)电压Vdkv，以驱动发动机1110。发动机1110接收来自电池组件1104的电能，以产生机械能，从而进一步驱动车的车轮或推进器。在发动机1110的运行过程中，电池组件1104始终工作在放电模式。可替换地，发动机 1110可以是由直流(DC)电压驱动的直流电机。这种情况下，可以去掉逆变器1108或使用直流至直流转换器代替逆变器1108。在一个实施例中，与放电通路1160相连接的直流至直流转换器1134向车载电子系统1100中的元件提供电能。更具体地说，当电池组件1104工作在放电模式时，直流至直流转换器1134将来自电池组件1104的电压Vbat转换为驱动电压，例如12伏直流电压，以驱动车载电子系统1100中的元件，并向与直流至直流转换器1134相连接的蓄电池1136充电。当车熄火时，可以通过放电开关1170断开放电通路1160，以终止放电模式。由此，直流至直流转换器1134停止向车载电子系统1100中的元件提供电能。然后，蓄电池1136产生的驱动电能可以驱动车中的一部分设备。例如尽管车熄火了，仍然可以点亮该车上的灯。电池组件1104还包括与电池单元模块1120_1_1120_3相连接的中央电子控制单元(central electric control unit，CECU) 1122。中央电子控制单元1122可包括处理器 (例如中央处理器(central processing unit，CPU)、微处理器、数字信号处理器或其他可以执行程序指令的设备)，中央电子控制单元1122还可包括机器可读介质，用于存储机器可执行数据和指令。在一个实施例中，中央电子控制单元1122的处理器执行存储在机器可读介质中的机器可执行指令，以控制电池单元模块1120_1-1120_3并与车辆总线1106交换数据信息。充电器1102通过充电通路1162与电池组件1104相连接，用于给电池组件1104 充电。在一个实施例中，充电器1102包括交流至直流转换器1112、充电控制模块1114和供电模块1116。当车熄火且交流至直流转换器1112连接至可提供交流电压Vac的电源出口或专用充电站，通过导通充电开关1172导通充电通路1162将电池组件1104切换到充电模式。在充电模式，交流至直流转换器1112接收交流电压VAC，以产生充电电能给电池组件 1104中的电池单元充电。充电电能具有充电通路1162上的充电电压和流经充电通路1162 的充电电流。充电控制模块1114与车辆总线1106相连接，充电控制模块1114用于控制交流至直流转换器1112，并与车辆总线1106交换数据信息。在一个实施例中，充电控制模块1114 产生表示充电器1102的最大充电电压和最大充电电流的验证信号1152。电池组件1104的中央电子控制单元1122通过车辆总线1106接收验证信号1152，并据此判断充电器1102是否适合给电池组件1104充电。举例说明，中央电子控制单元1122的机器可读介质存储与电池组件1104相关的表示多个充电模式(例如CCQ，CC1, ... , CCmax和CVQ，CV1, ...CVmax，)的充电数据。充电数据包括表示与每个充电模式相关的充电电压的期望值和充电电流的期望值。在一个实施例中，如果充电器1102的最大充电电压大于每一个充电模式的充电电压的期望值，并且充电器1102的最大充电电流大于每一个充电模式的充电电流的期望值，中央电子控制单元 1122启动充电操作，例如通过产生控制信号1150启动充电操作。在一个实施例中，如果充电器1102的最大充电电压小于充电模式的充电电压的期望值，或者充电器1102的最大充电电流小于充电模式的充电电流的期望值，中央电子控制单元1122产生充电终止信号1巧4。充电控制模块1114通过车辆总线1106接收充电终止信号1154，并相应地终止交流至直流转换器1112的操作。在一个实施例中，中央电子控制单元1122监测电池单元模块1120_1_1120_3中的每一个电池单元的状态，并相应地产生表示充电电能的期望值的控制信号1150。更具体地说，中央电子控制单元1122可以根据每一个电池单元的状态为电池组件1104中的电池单元选择充电模式。在一个实施例中，控制信号1150包括充电控制数据，该充电控制数据表示与所选充电模式相关的参考电压V_REF和参考电流I_REF。充电控制模块1114通过车辆总线1106接收控制信号1150，并相应地调节交流至直流转换器1112的输出功率。例如，充电控制模块1114根据V_REF和I_REF产生脉宽调制信号(pulse-width modulation，PWM)，此项操作将结合图13和图14进一步描述。优点在于，如果充电器1102提供的最大充电电能适合电池组件1104，充电器1102 可以根据电池组件1104提供的控制信号1150给电池单元充电。由于为电池组件1104充电的充电模式取决于电池组件1104而非充电器1102，充电器1102适用于为不同类型的电池单元充电。此外，可以根据每个电池单元的状态启动不同的充电模式。因此，根据图3、图 4和图9的描述，所有的电池单元都可以充满电，并可避免任何异常现象的发生。由此，延长了电池的寿命，并提高了车载电子系统1100的能量效率，并且，减少了对化石燃料的依赖， 还降低了温室气体的排放。在一个实施例中，中央电子控制单元1122还提供表示电池组件1104的状态的电池状态数据。例如，电池状态数据表示电池温度、电池容量和电池组件1104的电荷状态 (state of charge, SOC)。车辆总线1106将电池状态数据传送至车辆控制单元1142。相应地，车辆控制单元1142控制仪表控制单元1138，以将电池的状态显示在一个或多个仪表 1140的面板上，例如，仪表1140可以为电池状态仪表。在一个实施例中，当充电器1102连接在电源接口或者充电站以给电池组件1104 充电时，车需要熄火。也就是说，当电池组件1104切换到充电模式时，直流至直流转换器 1134停止向车载电子系统1100中的元件提供电能，例如，通过导通充电开关1172以启动充电通路1162。优点在于，在充电模式中，充电器1102的供电模块1116与中央电子控制单元1122相连接，用于为中央电子控制单元1122提供电压1156，以驱动中央电子控制单元1122。也就是说，中央电子控制单元1122在充电模式和放电模式下分别具有两个供电电源。若车在启动时电池组件1104工作在放电模式，采用由电池电压Vbat转换来的驱动电压给中央电子控制单元1122供电。若车在熄火时电池组件1104工作在充电模式，采用由供电模块1116提供的供电电压1156给中央电子控制单元1122供电。因此，尽管在充电模式下车熄火了，中央电子控制单元1122仍然可以正常工作。电池组件1104的操作将在图12 进一步描述。车载电子系统1100可包括其他元件，且不局限于图11的实施例。图12所示为根据本发明实施例提供的电池组件1104的结构示意图。图12中与图4和图11标号相同的元件具有相同的功能。将结合图3、图4、图9和图11对图12进行描述。在一个实施例中，电池单元模块1120_1_1120_3中的每个电池单元模块包括预设数目的电池单元和控制电路。例如，电池单元模块1120_1包括电池单元Cl、电池单元C2和电池单元C3，并包括控制电路1204_1 ；电池单元模块1120_2包括电池单元C4、电池单元C5 和电池单元C6，并包括控制电路1204_2 ；电池单元模块1120_3包括电池单元C7、电池单元 C8和电池单元C9，并包括控制电路1204_3。尽管在图12的实施例中的每个电池单元模块具有3个电池单元，每个电池单元模块可以包含其他数量的电池单元。在一个实施例中，控制电路1204_1包括电池均衡电路428、监测电路424、模数转换器(analog to digital converter，ADC) 12 和本地电子控制单元12沘。监测电路424 监测电池单元C1-C3中的每个电池单元的状态(例如电池单元的电池电压、电池电流、电池温度和电池容量)，并相应地产生多个监测信号。例如，监测电路4M产生用于表示电池单元C1-C3的每个电池单元的电池电压的监测信号490_1-490_3、用于表示电池电流的监测信号492、用于表示电池温度的监测信号494和用于表示电池单元C1-C3的容量的监测信号(图中未示出)。模数转换器12 与监测电路似4相连接，用于将监测信号490_1_490_3、监测信号492和监测信号494转换为多个数字信号1230。本地电子控制单元12 与模数转换器 12 相连接，用于接收数字信号1230，从而获取每个电池单元C1-C3的状态信息。在一个实施例中，与中央电子控制单元1122的结构类似，本地电子控制单元12 包括处理器和机器可读介质。本地电子控制单元12 执行机器可执行指令，以根据数字信号1230控制对应电池单元模块1204_1中的电池单元C1-C3。更具体地说，在一个实施例中，本地电子控制单元12 根据电池单元C1-C3的每个电池单元的状态判断是否有异常状态(例如过压、 过流、过温和过充)发生。如果电池单元1120_1经受异常状况，本地电子控制单元12 通过控制指令1232控制监测电路424，以保护电池单元C1-C3，以避免异常状况的发生。此外， 本地电子控制单元12 根据每个电池单元C1-C3的状态判断电池单元C1-C3的均衡状态。 在一个实施例中，本地电子控制单元12 根据该均衡状态产生本地均衡信号1234。相应地，均衡电路似8均衡电池单元C1-C3。本地电子控制单元12 还与中央电子控制单元1122交换数据。例如，本地电子控制单元12 向中央电子控制单元1122提供用于指示电池单元C1-C3的每个电池单元的状态的状态信号。中央电子控制单元1122向本地电子控制单元12 发送控制指令，以控制电池单元模块1120_1。控制电路1204_2或控制电路1204_3具有与控制电路1204_1相似的结构。由此， 中央电子控制单元1122可以根据电池单元模块1120_1-1120_3提供的多个状态信号获取电池单元C1-C9的状态信息。结合图11的描述，中央电子控制单元1122根据电池单元 C1-C9的每个电池单元的状态产生控制信号1150，以调节充电器1102的输出功率。在一个实施例中，中央电子控制单元1122根据每个电池单元C1-C9的状态确定电池单元C1-C9的均衡状态。中央电子控制单元1122还根据该均衡状态产生多个中央均衡信号，分别传送给电池单元模块1120_1-1120_3。每个中央均衡信号通过对应的本地电子控制单元传送至对应的均衡电路。由此，电池单元模块1120_1-1120_3中的均衡电路根据各自的中央均衡信号均衡电池单元C1-C9。
优点在于，电池单元模块1120_1_1120_3可分别放置在不同的电池组件中，且每个电池单元模块均具有本地电子控制单元来管理对应的电池单元。由此，电池组件1104虽然可能有相对多的电池单元，但不同电池组件与中央电子控制单元1122之间的线路连接可得到简化，由此，降低了电池组件1104的复杂度。此外，本地电子控制单元管理对应的电池模块中的电池单元，中央电子控制单元管理所有电池模块中的电池单元。由此，中央电子控制单元和本地电子控制单元的工作负荷都处于一个合理的范围，由此，降低了中央电子控制单元和本地电子控制单元的工作电压，从而降低了电池组件1104的功率损耗。此外， 中央电子控制单元和本地电子控制单元之间的协作提高了电源管理的效率。图13所示为根据本发明实施例提供的充电器1102的结构示意图。图13中与图 11标号相同的元件具有相同的功能。图13将结合图11进行描述。在图13的实施例中，充电器1102包括交流至直流转换器1112、充电控制模块1114和供电模块1116。交流至直流转换器1112将在充电通路1162上的输入的交流电能转换为充电电能。在一个实施例中，交流至直流转换器1112包括整流电路1332、功率因子修正器(power factor corrector, PFC) 1334和直流至直流转换器1336。整流电路1332可包括整流器和滤波器。整流器可以是且不限于半波整流器、全波整流器或桥式整流器。整流器整流输入交流电压VAC，以提供整流交流电压VKEC。滤波器可以是低通滤波器，用于过滤整流交流电压 VKK，以平滑电压VKEe的纹波。功率因子修正器1334调节从整流电路1332流入功率因子修正器1334的电流 Ieec,以使电流I·与电压Vkec大致同相。通过这种方式，修正了交流至直流转换器1112的功率因子，提高了交流至直流转换器1112的能量效率。直流至直流转换器1336接收来自充电控制模块1114的脉冲信号13 ，例如脉宽调制信号，并相应地将整流交流电压Vkk转换为充电电压。在一个实施例中，直流至直流转换器1336可为开关模式转换器，例如升压转换器、降压转换器、升-降压转换器和反激式转换器。因此，充电通路1162上的充电电能 (例如充电电压乘以充电电流的结果)由脉冲信号13 的占空比决定。在一个实施例中，直流至直流转换器1336还产生表示充电电压的电压感应信号 Vv sen和表示充电电流的电流感应信号Vi seno例如，电压感应信号Vv sen与充电电压成比例， 电流感应信号Vi sen与充电电流成比例。充电控制模块1114根据控制信号1150产生脉冲信号13沈。在一个实施例中，充电控制模块1114包括处理器1308、数模转换器1304、数模转换器1306和PWM信号生成器 1302。处理器1308可为中央处理器(central processing unit，CPU)、微处理器、数字信号处理器或其他可以执行程序指令的设备。在一个实施例中，处理器1308可执行存储在机器可读介质中的机器可执行指令，以产生验证信号1152及接收控制信号1150。此外，处理器 1308从控制信号1150中获取充电控制数据。如图11所述，充电控制数据包括表示与参考电压V_REF有关的充电电压的数据和表示与参考电流I_REF有关的充电电流的数据。处理器1308产生数字参考电压信号1322和数字参考电流信号13M。数模转换器1304可以将数字参考电压信号1322转换为表示参考电压V_REF的电压信号Vv KEF。例如，电压信号Vv KEF与参考电压V_REF成比例。数模转换器1306将数字参考电流信号13M转换为表示参考电流I_REF的电压信号V1 KEF。PWM信号生成器1302通过数模转换器1304和数模转换器1306与处理器1308相
22连接，用于接收电压信号Vv—KEF、电压信号Vi+KEF、电压感应信号Vv sen和电流感应信号Vi+SEN。相应地，PWM信号生成器1302调节脉冲信号13 的占空比，以确定充电电能的大小。由此， 根据控制信号1150可以实现各种充电模式，其中，控制信号1150是中央电子控制单元1122 基于电池单元C1_C9的状态产生的。PWM信号生成器1302的操作将在图14中作进一步描述。充电器1102还可以具有其他结构，并不局限于图14的实施例。如图13所示，充电模式是由电池组件1104中的中央电子控制单元1122来选择的。因此，现有技术的充电器1102中的确定充电模式的元件，例如图1中的充电控制器 110和图2中的充电控制器210在本实施例中可以从充电器1102中去除，从而简化了充电器1102的结构且降低了充电器1102的成本。图14所示为根据本发明实施例提供的PWM信号生成器1302的结构示意图。图14 中与图13标号相同的元件具有相同的功能。图14将结合图11至图13进行描述。在图14 的实施例中，PWM信号生成器1302包括误差放大器1402和误差放大器1403、二极管1406 和二极管1408、电容1412、电流源1410和比较器14240在一个实施例中，误差放大器1402比较表示充电电压的电压感应信号Vv SEN和表示参考电压V_REF的电压信号Vv KEF的大小。误差放大器1402的输出端口通过二极管1406 与节点1430相连接。误差放大器1402的输出电压是由Vvsen* Vv KEF之间的比较结果决定的。如果Vv sen等于Vv kef，误差放大器1402的输出电压等于0伏。如果Vv sen大于Vv kef，误差放大器1402的输出电压为负。如果Vv SEN小于Vv KEF，误差放大器1402的输出电压为正。 此外，本发明实施例中的误差放大器1402也可称为第一误差放大器。同理，误差放大器1403比较表示充电电流的电流感应信号V1 _和表示参考电流 I.REF的电压信号V1KEF之间的大小。误差放大器1403的输出端口通过二极管1408与节点 1430相连接。误差放大器1403的输出电压是由V1SEN和V1KEF之间的比较结果决定的。如果V^n等于A—KEF，误差放大器1403的输出电压等于0伏。如果V1SEN大于V1KEF，误差放大器1403的输出电压为负。如果V1SEN小于V1KEF，误差放大器1403的输出电压为正。此外， 本发明实施例中的误差放大器1403也可称为第二误差放大器。电流源1410与节点1430相连接，用于产生电流II。电容1412与节点1430相连接，用于在节点1430处提供节点电压VTODE。节点电压Vtode随着电容1412的电荷量的变化发生变化。例如，当电容1412充电时，节点电SVnote增大；当电容1412放电时，节点电压
Vmie减小。比较器14M产生脉冲信号13 ，例如PWM信号。比较器14M的同相输入端接收节点电压VNQDE。比较器14 的反相输入端接收锯齿波电压信号1422。比较器14M比较锯齿波电压信号1422和节点电压Vnote的大小，并根据比较结果产生脉冲信号13沈。在图14 的实施例中，如果在节点1430处的节点电压Vnqde增加，脉冲信号13 的占空比增加。同理，如果在节点1430处的节点电压Vnqde减小，脉冲信号13 的占空比减小。在工作中，PWM信号生成器1302通过调节脉冲信号13 的占空比调节充电电能， 以在不同的充电模式给电池组件充电。以下的描述将假设提供给充电通路1162的充电电能的值是随着脉冲信号13 的占空比的增加而增加的。PWM信号生成器1302可启动直流至直流转换器1336，使直流至直流转换器1336在恒流(constant current, CC)模式下为电池组件1104充电。其中，在恒流模式下，充电电流保持恒定，而充电电压增大且小于V_REF。中央电子控制单元1122提供控制信号1150，控制信号1150包含有表示参考电压V_REF和参考电流I_REF的充电控制数据。如果充电电压小于参考电压V_REF，例如Vv SEN < V_REF, 误差放大器1402的输出电压为正，从而使二极管1406反相偏置。同时，误差放大器1403保持充电电流与参考电流I_REF大致相等。例如，如果V1 SEN 大于V1 KEF，表示充电电流大于I_REF，二极管1408正向偏置，以吸收电流Il并使电容1412 放电。由此，节点电压Vtode减小，从而减小脉冲信号13 的占空比。结果，充电电能减小， 从而使充电电流减小。如果V1SEN小于V1KEF，表示充电电流小于I_REF，二极管1408反向偏置。电流Il给电容1412充电，以增加节点电压％ 。结果，充电电能增加，从而使充电电流增加。如果V1 SEN等于V1KEF，表示充电电流等于I_REF，二极管1408进入平衡状态，从而启动流经二极管1408的电流12，并且电流12小于电流II。因此，小于电流Il的电流13 (例如13 = 11-12)为电容1412充电。因此，充电电能按照预设速率增加，以满足在恒流模式下增加充电电压的需要。充电控制模块1114可以控制充电器1102在其他充电模式(例如 恒压模式和预充电模式)为电池组件1104充电。图15所示为本发明实施例提供的车载电子系统1100的方法流程图1500。图15 将结合图3至图14进行描述。图15所涵盖的具体步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用于其他合理的流程或对图15进行改进的步骤。在步骤1502中，产生表示充电器(例如充电器110 的最大充电电压和最大充电电流的验证信号(例如验证信号1152)。在步骤1504中，根据电池组件中的多个电池单元(例如电池组件1104中的电池单元C1-C9)的每个电池单元的状态产生控制信号(例如控制信号1150)。在一个实施例中，如果验证信号表示充电器适合给电池组件充电，则产生控制信号。在一个实施例中，如果验证信号表示充电器不适合给电池组件充电，则产生终止信号，以停止充电器的操作。在一个实施例中，电子控制单元(例如中央电子控制单元112 接收来自多个电池模块(例如电池单元模块1120_1-1120_3)的多个状态信号，并根据状态信号产生控制信号。每个电池单元模块包括各自数目的电池单元。每个状态信号表示该各自数目的电池单元的每一个电池单元的状态。在一个实施例中，当车熄火时，充电器提供供电电压(例如供电电压 1156)，以供电给电子控制单元。在一个实施例中，当车启动时，将电池电压转换为第一驱动电压，用于给电子控制单元供电并给蓄电池(例如蓄电池1136)充电。当车熄火时，蓄电池提供第二驱动电压，以给车中的元件供电。在步骤1506中，当车熄火时，充电器(例如充电器110 根据控制信号产生充电电能，以给电池组件充电。在一个实施例中，从控制信号中接收与充电电能的充电电压有关的参考电压和与充电电能有关的参考电流。根据参考电压和参考电流产生脉冲信号(例如脉冲信号13 )。更具体地说，根据充电电压和参考电压的比较结果调节节点(例如 节点1430)上的节点电压，根据充电电流和参考电流的比较结果调节该节点电压，根据节点电压产生脉冲信号。在步骤1508中，当车启动时，来自电池组件的电池电压给发动机(例如发动机 1110)供电。在步骤1510中，通过车中的总线(例如总线1106)将控制信号从电池组件传送至充电器。
在步骤1512中，将电池组件的状态显示在车的仪表面板上。在步骤1514中，通过用户接口与用户交互，以控制电池组件和充电器。在步骤1516中，通过执行多个步骤控制发动机。该多个步骤包括启动和停止发动机，选择发动机的转动方向，调节发动机的转动速率，调节转矩，且保护发动机以避免过载或错误的发生。上文具体实施方式
和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
权利要求
1.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统至少包括 发动机，用于驱动车中的车轮和推进器；充电器，用于根据控制信号产生充电电能；电池组件，与所述充电器和所述发动机相连接，用于根据所述电池组件中的每个电池单元的状态产生所述控制信号；当所述车熄火时，所述电池组件通过充电通路接收所述充电电能；当所述车启动时，所述电池组件通过放电通路给所述发动机供电；及总线，与所述充电器和所述电池组件相连接，用于将所述控制信号从所述电池组件传送至所述充电器。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述总线根据协议而工作，所述协议从控制器局域网协议、车辆局域网络协议、互连式局域网络协议和FlexRay协议中选择。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池组件包括多个电池单元模块，用于提供多个状态信号，其中，每个电池单元模块包括预设数目的电池单元，且提供表示所述预设数目的电池单元中的每个电池单元的状态的状态信号；及电子控制单元，与所述多个电池单元模块相连接，用于根据来自所述每个电池单元模块的状态信号产生所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述充电器包括供电模块，用于当所述车熄火时，提供供电电压以给所述电子控制单元供电。
5.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 直流至直流转换器，与所述电池组件相连接，用于当所述车启动时，将所述电池组件的电池电压转换为第一驱动电压，以给所述电子控制单元供电。
6.根据权利要求5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 蓄电池，当所述车启动时，由所述第一驱动电压给所述蓄电池充电，当所述车熄火时，所述蓄电池提供第二驱动电压，以给所述车的元件供电。
7.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述充电器包括充电控制模块，用于产生表示所述充电器的最大充电电压和最大充电电流的验证信号。
8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池组件包括电子控制单元，用于当所述验证信号表示所述充电器适合给所述电池组件充电时，产生所述控制信号，还用于当所述验证信号表示所述充电器不适合给所述电池组件充电时， 产生终止信号，以停止所述充电器的工作。
9.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述总线将所述验证信号从所述充电器传至所述电池组件，将所述终止信号从所述电池组件传至所述充电器。
10.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述充电器包括 转换器，用于根据脉冲信号将输入电能转换为所述充电电能；处理器，与所述转换器相连接，用于从所述控制信号中接收与所述充电电能的充电电压相关的参考电压和与所述充电电能的充电电流相关的参考电流；及脉冲信号产生器，与所述转换器和所述处理器相连接，用于根据所述参考电压和所述参考电流产生所述脉冲信号，以调节所述充电电能。
11.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于，所述脉冲信号产生器包括 第一误差放大器，与节点相连接，用于接收表示所述充电电压的第一感应信号，并根据所述充电电压和所述参考电压之间的比较结果调节所述节点的节点电压；第二误差放大器，与所述节点相连接，用于接收表示所述充电电流的第二感应信号，并根据所述充电电流和所述参考电流之间的比较结果调节所述节点电压， 其中，根据所述节点电压产生所述脉冲信号。
12.根据权利要求1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仪表控制单元，与所述总线相连接，用于接收表示所述电池组件的状态的状态数据，并将所述状态显示在所述车的仪表面板上。
13.根据权利要求1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 车辆控制单元，与所述总线和用户接口相连接，用于通过所述用户接口与用户交互，以产生控制指令控制所述充电器和所述电池组件。
14.根据权利要求1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发动机驱动处理器，与所述总线和所述发动机相连接，用于执行以下操作中的至少一种操作启动和停止所述发动机、选择所述发动机的转动方向、调节所述发动机转动速率、 调节转矩及保护所述发动机以避免过载和错误的发生。
15.一种控制车的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤根据电池组件中的多个电池单元中的每个电池单元的状态产生控制信号； 当所述车熄火时，充电器根据所述控制信号产生充电电能，以对所述电池组件充电； 当所述车启动时，所述电池组件给所述车中的发动机供电；及通过所述车中的总线将所述控制信号从所述电池组件传送至所述充电器。
16.根据权利要求15所述的控制车的方法，其特征在于，所述方法还包括电子控制单元分别从多个电池单元模块接收多个状态信号，其中，每个电池单元模块包括预设数目的电池单元，且每个状态信号表示所述预设数目的电池单元中的每个电池单元的状态；及所述电子控制单元根据所述多个状态信号产生所述控制信号。
17.根据权利要求16所述的控制车的方法，其特征在于，所述方法还包括 当所述车熄火时，所述充电器提供电源电压以给所述电子控制单元供电；及当所述车启动时，将所述电池组件的电池电压转换为驱动电压，以给所述电子控制单元供电。
18.根据权利要求15所述的控制车的方法，其特征在于，所述方法还包括 接收表示所述充电器的最大充电电压和最大充电电流的验证信号；如果所述验证信号表示所述充电器适合给所述电池组件充电，则产生所述控制信号；及如果所述验证信号表示所述充电器不适合给所述电池组件充电，则产生终止信号，以停止所述充电器的工作。
19.根据权利要求15所述的控制车的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述控制信号中接收与所述充电电能的充电电压相关的参考电压和与所述充电电能的充电电流相关的参考电流；根据所述参考电压和所述参考电流产生脉冲信号；及根据所述脉冲信号将输入电能转换为所述充电电能。
20.根据权利要求19所述的控制车的方法，其特征在于，所述方法还包括根据所述充电电压和所述参考电压之间的比较结果调节节点的节点电压；根据所述充电电流和所述参考电流之间的比较结果调节所述节点电压；及根据所述节点电压产生所述脉冲信号。
全文摘要
本发明公开了一种电池管理系统及控制车的方法。电池管理系统至少包括发动机、充电器、电池组件和总线。发动机驱动车中的车轮和推进器；充电器根据控制信号产生充电电能；电池组件与充电器和发动机相连接，用于根据电池组件中的每个电池单元的状态产生控制信号；当车熄火时，电池组件通过充电通路接收充电电能；当车启动时，电池组件通过放电通路给发动机供电；总线与充电器和电池组件相连接，用于将控制信号从电池组件传送至充电器。本发明的电池管理系统实现了根据每个电池单元的状态选择不同的充电模式，以使得所有的电池单元都可以充满电，且防止不良状态的发生。由此，延长了电池的寿命，并提高了电池管理系统的能量效率。
文档编号B60R16/03GK102386637SQ20101027340
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者张卫, 汤瑞超, 王绍兰 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司