电池管理系统及其通信的方法

专利名称：电池管理系统及其通信的方法
技术领域：
本发明涉及电池管理系统，尤指一种包含备用通信路径的电池管理系统及其通信 的方法。
背景技术：
现在，锂电池被应用于环保汽车，例如，纯电动汽车和混合动力汽车。一节锂电池 单元的工作电压约为3到4伏，但纯电动汽车和混合动力汽车通常需要高于100伏的电压。 通常采用串联多个电池单元来驱动纯电动汽车和混合动力汽车。在电池管理中，将大量电池单元划分为一个或多个电池包，一个模拟前端设备 (Analog Front End device, AFE)耦合至每个电池包，用于获得每个电池包或电池单元的 状态，例如，电压和温度。然后，将表示电池包或电池单元状态的数字信号传输至微处理器， 用于执行不同功能，例如，电池保护。这样，就需要建立微处理器和每个模拟前端设备之间 的通信。图1是现有技术的光电隔离式垂直总线的电池管理系统100的示意图。模拟前端 设备122、124和126分别耦合至电池包112、114和116，用于获得电池包中每个电池单元 的状态。光电隔离模块132、134和136用于在前端设备122、124和126与中央控制单元 (central electronicscontrol unit，CECU) 140之间建立通信总线。对于总线中的每条通 路，即每个光电隔离模块需要两个光电隔离器。由于光电隔离器价格较贵，且其需要几百个毫安培的电流才能驱动，因此，现有技 术的光电隔离式垂直总线的电池管理系统100的成本高且功耗大。因此，为了降低成本，电 池管理中广泛地使用菊花链结构(daisychain architecture)的垂直总线。然而，如果菊 花链结构的垂直总线有断路，则前端设备122、124和126和中央控制单元140之间的通信 也会中断。所以，整个电池管理系统的可靠性降低。

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，所述电池管理系统相较与 现有技术而言，当缺省路径发生非期望情况时，能够采用备用路径继续通信。为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池管理系统，该电池管理系统包括包 含多个电池单元的电池；一组设备，其耦合至所述电池，用于分别获得所述多个电池单元的 状态；以及控制单元，其耦合至所述一组设备中的第一设备，用于通过缺省路径与所述一组 设备的目标设备通信，且当所述缺省路径发生非期望情况时，用于通过备用路径与所述目 标设备通信。本发明还提供了一种电池管理系统，该电池管理系统包括包括一组电池单元的 电池；一组设备，其耦合至所述电池，用于获得所述电池单元的状态，每个所述设备更进一 步包括监控模块，用于输出表示每个所述电池单元的状态的监控信号；总线模块，其耦合 至所述监控模块，用于传输所述监控信号，其中所述总线模块包括所述总线模块中的内部信号路径，其中所述设备外的外部信号路径耦合在所述设备之间，且用于在所述设备间传 输监控信号；以及控制单元，其耦合至所述设备的第一设备，用于通过缺省路径与所述设备 的目标设备通信，且当所述缺省路径发生非期望情况时，用于通过备用路径与所述目标设 备通{曰ο本发明进一步提供了一种在电池管理系统中通信的方法，该方法包括判断非期 望情况是否发生在缺省路径，该路径用于在控制单元和目标前端设备之间进行通信；以及 若检测到所述非期望情况，则通过备用路径进行所述通信，否则通过所述缺省路径进行所 述通信。与现有技术相比，采用本发明的电池管理系统的可靠性更高。


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是传统的基于光电隔离器的垂直总线的电池管理系统的结构示意图；图2是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路的结构示意图；图3是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路的结构示意图；图4是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的垂直总线电路的结构示意图；图5是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的垂直总线电路的结构示意图；图6是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的结构示意图；图7是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的AFE设备的结构示意图；图8是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的结构示意图；图9是根据本发明的另一个实施例的电池管理系统的结构示意图；以及图10是根据本发明的一个在电池管理系统中通信的方法的流程图。
具体实施例方式虽然本发明将结合以下实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于 这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求项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 本发明之主旨。图2是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路200的结构示意图。垂直总线电 路200包括三个总线模块220、230和240，以及多个电阻262、264、266和268。如图2所示， 总线模块220、230和240的结构相似。虽然图2出示了三个总线模块，然而本发明并不局 限于此。在其他的实施例中，垂直总线电路200可能包括更多或者更少数量的总线模块。总线模块220、230和240可使用不同的电压。以总线模块220为例，从总线模块 220的输入端212输入一个总线信号，并传输至总线模块230。在总线模块220的输入端 212，低电平电压为Vtl，高电平电压为\。当总线信号传输至总线模块230的节点214，低电平电压为\，高电平电压为V3,其中V2和V3分别不同于Vtl和义。相似地，总线信号可以由 总线模块230传输至总线模块240。总线模块220、230和240以向上的方向传输总线信号(参考图2的方向)。例如， 在垂直总线电路200中，总线220为底部总线模块，总线模块240为顶部总线模块。一个总 线信号从总线模块220的输入端212输入，并传输至总线模块240，最后从总线模块240的 输出端218输出。
在一实施例中，总线模块220包括上行信号路径222，反相器272和294，以及晶体 管284。在一实施例中，上行信号路径222包括晶体管223、224、225、226、227和228，以及 反相器229。总线模块230包括上行信号路径232、反相器274和296，以及晶体管286。上 行信号路径232包括晶体管233、234、235、236、237和238，以及反相器239。总线模块240 包括上行信号路径242、反相器276和298，以及晶体管288。上行信号路径242包括晶体管 243、244、245、246、247 和 248，以及反相器 249。总线模块220、230和240中的上行信号路径222、232和242将总线信号从低电平 传递到高电平。例如，总线模块220中的上行信号路径222将总线信号从低电平(VDD = V1, GND = V0)传递到高电平(VDD = V3, GND = V2)。在一实施例中，总线模块220中的反相器294和晶体管284、电阻264和总线模块 230中的反相器274将总线信号从总线模块220传递到总线模块230。相似地，总线模块 230中的反相器296和晶体管286、电阻266和总线模块240中的反相器276将总线信号从 总线模块230传递到总线模块240。当输入总线模块220的输入端212的总线信号为状态高或输入端212的总线信号 的电压为V1,晶体管227被关断，晶体管228被打开，节点252的电压被拉低。晶体管223 的门极电压被拉低，以打开晶体管223。这样，在晶体管223漏极的节点256的电压被拉高， 以打开晶体管223，通过反相器294，晶体管284门极的电压被拉低，以关断晶体管284。晶 体管284耦合至电阻264，在节点214输出状态为高(电压为V3)的总线信号。反之，当输入端212的总线信号为状态高或输入端212的总线信号的电压为Vtl，晶 体管228被关断，晶体管227被打开，节点256的电压被拉低。晶体管284门板的电压被拉 高，以打开晶体管284。晶体管284耦合至电阻264，在节点214输出状态为低(电压为V2) 的总线信号。在一实施例中，加入晶体管225和226可以降低对应的节点256和252的全摆动 (full swing)。这样，节点256和252的电压的全摆动从V3到％。所以，功耗可以降低，信 号传递速度可以提高。所以，总线信号可以从总线模块220的输入端212传至节点214。相似地，总线信 号可以从总线模块230的节点214传至节点216，然后，通过总线模块240，在输出端218输 出。换句话说，总线信号从低电压电平(VDD = V1, GND = V0)传至高电压电平(VDD = V7, GND = V6)。这样，当输入端212输入的总线信号的状态为高，则输出端218输出的总线信 号的状态为高，即OUT = 1 ；当输入端212输入的总线信号的状态为低，输出端218输出的 总线信号的状态为低，即OUT = 0。图3是根据本发明的一个实施例的垂直总线电路300的结构示意图。垂直总线电 路300包括三个总线模块320、330和340，以及多个电阻362、364、366和368。如图3所示，
7总线模块320、330和340相似。虽然图3出示了三个总线模块，但本发明并不局限于此。总线模块320、330和340可能使用不同的电压。以总线模块320为例，从总线模 块320的输入端312输入一个总线信号，传输至总线模块330。在总线模块320的输入端 312，低电平电压为V6,高电平电压为V7。当总线信号传输至总线模块330的节点314，低电 平电压为V4,高电平电压为V5。相似地，总线信号可以由总线模块330传输至总线模块340。总线模块320、330和340以向下的方向传输总线信号(参考图3的方向)。例如， 在垂直总线电路300中，总线模块320为顶部总线模块，总线模块340为底部总线模块。从 总线模块320的输入端312输入一个总线信号，传输至总线模块340，在从总线模块340的 输出端318输出。在一实施例中，总线模块320包括下行信号路径322、反相器372和394，以及晶体 管384。在一实施例中，下行信号路径322包括晶体管323、324、325、326、327和328，以及 反相器329。总线模块330包括下行信号路径332、反相器374和396，以及晶体管386。下 行信号路径332包括晶体管333、334、335、336、337和338，以及反相器339。总线模块340 包括下行信号路径342、反相器376和398，以及晶体管388。下行信号路径342包括晶体管 343、344、345、346、347 和 348，以及反相器 349。总线模块320、330和340中的下行信号路径322、332和342将总线信号从高电平 传递到低电平。例如，总线模块320中的下行信号路径322将总线信号从高电平(VDD = V7, GND = V6)传递到低电平(VDD = V5, GND = V4)。在一实施例中，总线模块320中的反相器394和晶体管384，电阻364和总线模块 330中的反相器374将总线信号从总线模块320传递到总线模块330。相似地，在一实施例 中，总线模块330中的反相器396和晶体管386，电阻366和总线模块340中的反相器376 将总线信号从总线模块330传递到总线模块340。当输入总线模块320的输入端312的总线信号的状态为高(即IN = 1)或输入端 312的总线信号的电压为V7，晶体管328被关断，晶体管327被打开，节点356的电压被拉 低。晶体管384的门极电压被拉低，以关断晶体管384。晶体管384耦合至电阻364以在节 点314输出总线信号，且该总线信号的状态为高(电压为V5)。相反地，当输入至输入端312的总线信号的状态为低(即IN = 0)或输入端312 的总线信号的电压为\，晶体管327被关断，晶体管328被打开，节点352的电压被拉高。 晶体管323的门极电压被拉高，以打开晶体管323。这样，在晶体管323漏极的节点356的 电压被拉低，通过反相器394将晶体管384门极的电压被拉高，以打开晶体管384。晶体管 384耦合至电阻364以在节点214输出总线信号，且该总线信号的状态为低(电压为V4)。在一实施例中，加入晶体管325和326以分别降低节点356和352的电压的全摆 动。这样，节点356和352的电压的全摆动为从^到、。所以，功耗降低，信号传递速度提 尚ο所以，总线信号通过总线模块320从输入端312传递至节点314。相似地，总线信号 通过总线模块330从节点314传递至节点316，然后通过总线模块340从输出端318输出。 这样，当输入端口 312输入的总线信号的状态为高，输出端318的输出信号的状态为高，即 OUT = I ；当输入端312输入的总线信号的状态为低，输出端318的输出信号的状态为低，即 OUT = 0。
图4是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的垂直总线电路400的结构示意 图。电池410包括三个电池包412、414和416。垂直总线电路400为单线，且包括三个总 线模块420、430和440，以及多个电阻462、464和466。在一实施例中，每个总线模块420、 430和440相同，可以为集成芯片。虽然图4出示了三个总线模块，本发明并不局限于此。总线模块420包括上行信号路径422、下行信号路径424，以及I/O设备426和428。 相似地，总线模块430包括上行信号路径432、下行信号路径434，以及I/O设备436和438。 总线模块440包括上行信号路径442、下行信号路径444，以及I/O设备446和448。上行信 号路径422、432和442和图2中的上行信号路径222、232和242相似。下行信号路径424、 434和444和图3中的下行信号路径342、332和322相似。在另一实施例中，垂直总线电路400为双线，每个总线模块包括两个上行信号路 径、两个下行信号路径，以及四个I/O设备。I/O设备426包括与图2中的反相器272相似的反相器472、与图3中的反相器 398相似的反相器498以及与图3中的晶体管388相似的晶体管488。I/O设备428、436、 438,446以及448与I/O设备426相似，在此不赘述。总线模块420、430和440还分别包括多个电压发生器。在一实施例中，多个电压 发生器可以为低压差稳压器(low drop-out voltageregulator，LD0)452、454 和 456。在一实施例中，电池包412、414和414中电池的阳极电压和LD0452、454和456的 输出电压用于在总线模块420、430和440之间进行总线信号传输。例如，电压V4为电池包 414中电池单元494的阳极电压，电压V2为电池包412中电池单元492的阳极电压。电压 V4被提供至总线模块430的LDO 454，由LDO 454输出一输出电压V3。这样，输出电压V3和 电压V2被提供于在总线模块530和520之间的总线信号传输。这样，电压％、V1, \、V3, V4 和V5被提供于在垂直总线电路400中的总线信号传输。换句话说，在一实施例中，总线模 块共享的共电压电平被用于模块间的总线信号传输，该共电压电平可以由电池包中的电池 单元的阳极电压和电压发生器的输出电压提供。LDO 452,454和456的输出电压提供较稳定的电能，以使总线信号在垂直总线电 路400中传输。这样，垂直总线电路400不受到快速充电或放电的导致电池单元电压波动 的影响，更具可靠性。节点402、404和406作为总线模块420、430和440的1/0端口。如前所述，每个 节点的总线信号可以以上行和下行的方向传输。例如，节点402的总线信号可以传输至节 点404和406，总线信号可以从节点404和406传出，在节点402接收。这样，对于单线，每 个总线模块420,430和440使用两个1/0端口 (例如，总线模块420的节点402和404)。 在另一实施例中，对于双线，总线模块使用四个1/0端口(未图示)。所以，总线模块的集成 芯片的管脚数减少。1/0设备为开漏(open-drain)，这样，1/0设备较多样，可以为I2C、SPI或其他类 型的总线。此外，垂直总线电路400在静态时无功耗。垂直总线电路400的每个总线模块 里传输的总线信号为差分信号。例如，在上行信号路径422，晶体管423的打开或关断由节 点452和节点456的电压差决定。这样，可以得到较高的信号传输速度和较好的容错性。由于每个节点的工作电压在1/0设备的电压范围之内，节点402、404和406无须 承受暂态过压。例如，节点402的工作电压为从Vtl到V1。
每个电池包412、414和416中电池单元的最大数量由耦合于电池包的总线模块中 晶体管允许的最大漏源电压Vds和该总线模块之上的总线模块中LDO的输出电压决定。例 如，如图4所示，总线模块420中的晶体管425和427允许的最大漏源电压Vds等于V3和V2 之差加上电池包412提供的电压，其中，V3和V2之差为总线模块430中的LD0454的输出电 压。这样，电池包412中的电池单元的最大数量由方程(1)表示如下N= (Vds-VLD0)/Vcell (1)其中，N为电池包412中的电池单元的最大数量，Vds为晶体管425和427允许的 最大漏源电压Vds，Vura为总线模块430中的LDO 454的输出电压，Veell为电池单元电压。图5是根据本发明的一个实施例的电池管理系统的垂直总线拓扑500的结构示 意图。垂直总线拓扑500用于I2C总线应用。垂直总线拓扑500包括总线模块520、530和 540。总线模块520,530和540分别耦合至电池包512,514和516。总线模块520,530和 540中分别包括有电压发生器。在这一实施例中，多个电压发生器可以为LDO 552、554和 556。虽然图5出示了三个总线模块，本发明并不局限于此。在一实施例中，电池包512、514和516中的一个电池单元的阳极电压和LDO 552、 554和556的输出电压用于传输总线模块520、530和540的总线信号。例如，电池包514的 一个电池504的阳极电压供至LDO 554，LDO 554输出一输出电压。这样，LDO 554的输出 电压和电池包512的电池单元502的阳极电压用于传输总线模块530和520的总线信号。 如前所述，总线模块520、530和540能采用I2C总线协议与其他总线模块通信。图6是根据本发明的一个实施例的电池管理系统600的结构示意图。电池管理系 统 600 包括电池 610、模拟前端设备(analog front enddevice，AFE) 620、630 和 640，以及 中央控制器660。电池610包括电池包612、614和616。耦合至电池610的AFE设备620、 630和640获得电池610中的电池单元的状态。耦合至AFE设备620的中央控制器660同 AFE设备620，630和640中的目标AFE设备通信。虽然图6出示了三个总线模块，本发明并不局限于此。在一实施例中，AFE设备620、630和640相同，可以为集成芯片。在一实施例中，AFE 设备620包括监控模块622、总线模块624、模数转换器626、总线引擎(BUS ENGINE) 628、LDO 652，以及I/O设备(未图示)。相似地，AFE设备630包括监控模块632、总线模块634、模数 转换器636、总线引擎638、LD0 654，以及I/O设备(未图示)。AFE设备640包括监控模块 642、总线模块644、模数转换器646、总线引擎648、LDO 656，以及I/O设备(未图示)。在 一实施例中，总线模块624、634和644包括以上行方向传输总线信号的上行信号路径(例 如，图4中的上行信号路径422)，以及以下行方向传输总线信号的下行信号路径(例如，图 4中的上行信号路径424)。在一实施例中，电池包612、614和616中的一个电池单元的阳极电压和LDO 652、 654和656的输出电压用于总线模块620、630和640的总线信号传输。例如，电池包612中 的电池单元682的阳极电压和总线模块630中的LDO 654的输出电压提供共电压电平以在 AFE设备620和630之间传输信号。AFE设备620、630和640用于监控电池包中每个电池单元的状态，并通过垂直总 线与中央控制器660通信。该垂直总线由总线模块624,634和644，总线引擎628,638和648，以及I/O设备(未图示)构成。在一实施例中，以AFE设备620为例，AFE设备620中的监控模块622用于监控电池 的状态，例如，电池电压、电池单元电压、电池单元温度、电池电流，并向模数转换器(Analog Digital Convertor，ADC) 626发送表示电池状态的监控信号。AFE设备620的ADC 626将 电池的状态的模拟信号转换为数字信号，且将该数字信号传输至总线引擎628。总线引擎 628为AFE设备620中的控制器，能与中央控制器660通信。每个AFE设备620、630和640可以主状态或从状态与中央控制器660通信。当 AFE设备工作在主状态时，AFE设备的总线引擎发出信号并与中央控制器660通信。例如， 当AFE设备640工作在主状态，总线引擎648发送报警信号给中央控制器660。该报警信 号通过垂直总线传输至总线引擎638和628，然后再传输至中央控制器660。当AFE设备工 作在从状态时，中央控制器660发出信号并与该AFE设备的总线引擎通信。例如，当AFE设 备640工作在从状态时，来自中央控制器660的信号通过垂直总线传输至AEF设备620的 总线引擎628，然后再传输至AFE设备的总线引擎648。当电池管理系统600采用双线通信协议，每个总线引擎采用三线以获得较好的容 错性。如图6所示，总线引擎628的左侧有三个端口 A、B和C，右侧有三个端口 ApBi和Ci. 例如，若端口 A、B, Ai和Bi为传输总线信号的缺省端口，且若端口 B出错，则端口 C可以用 作备用端口传输总线信号。这样，可以获得较好的容错性。在一实施例中，当电池管理系统 600采用单线通信协议，每个总线引擎采用双线以获得较好的容错性。在一实施例中，LDO 652、654和656为在线诊断和校正提供参考电压。在一实施 例中，中央控制器660还包括精准的内部ADC(未图示)进行在线诊断和校正。LDO 652的 输出电压被中央控制器660的精准的内部ADC和AFE设备620的ADC 626转换。若两个转 换结果不同，则校正ADC 626。相似地，LDO 654的输出电压被校正后的ADC 626和AFE设 备630中的ADC 636转换，以诊断和校正ADC 636。所以，AFE设备620、630和640中的所 有ADC可以被诊断和校正。因此，在电池管理系统600中可以较容易地实现在线诊断和校 正。外部的精准参考电压(未图示)可被用作LDO 652,654和656的参考电压进行对 ADC的在线诊断和校正。图7是根据本发明的一个实施例的AFE设备700的结构示意图。在图7的实施例 中，AFE设备700包括上行信号路径422、下行信号路径424、1/0设备426和428、LD0 452， 以及总线引擎728。I/O设备426包括反相器472和498。相似地，I/O设备428包括两个 反相器772和798。有利的是，AFE设备700具有自我诊断的功能。更确切地说，在一实施例中，通过 控制I/O设备428和426中的反相器772、798、472和498，若有非期望情况(例如，断路) 发生在上行信号路径422或下行信号路径424，则该非期望情况可以被检测到。在一实施例中，控制信号UIE输入至反相器472，控制信号DOE输入至反相器498。 相似地，控制信号UOE输入至反相器798，控制信号DIE输入至反相器772。在一实施例中， 控制信号UIE、UOE、DIE、DOE分别用于控制反相器472、798、772和498。总线引擎728通过控制反相器472、798、772和498，判断信号路径422和424上是 否有非期望情况发生。在一实施例中，总线引擎728发出为逻辑“0”的控制信号DOE和UIE
11以及为逻辑“ 1，，的控制信号DIE和U0E,分别控制反相器498、472、772和798。这样，在一 实施例中，反相器498和472可以被无效，反相器772和798可以被使能。总线引擎728可 以发送测试信号至上行信号路径422。若非期望情况未发生，则测试信号可以通过由上行信 号路径422、反相器798、晶体管788、反相器772，以及下行信号路径424构成的环路回馈至 总线引擎728。这样，若总线引擎728未收到测试信号，则可以检测到非期望情况。在一实施例中，总线引擎728还可以判断非期望情况的位置，例如，在上行信号路 径422或下行信号路径424。在这种情况下，总线模块还可能包括多个上行信号路径和多个 下行信号路径(未图示)。一旦检测到非期望情况的存在，总线引擎728沿着不同的上行信 号路径发送测试信号。若总线引擎728可以收到该测试信号，则判断非期望情况发生在上 行信号路径422 ；否则，判断非期望情况发生在下行信号路径424。在一实施例中，当判断出非期望情况的位置，在总线引擎728中设置一个表示该 位置的标识。图8是根据本发明的一个实施例的电池管理系统800的结构示意图。和图6标号 相同的元件的功能相似。在图8的实施例中，电池管理系统800包括电池610、AFE设备820、830和840，以 及中央控制器660。电池610包括电池包612、614和616。耦合至电池610的AFE设备820、 830和840获得电池610的电池单元的状态。中央控制器660耦合至AFE设备820、830和 840中的一个AFE设备，且和目标AFE设备通信。有利的是，中央控制器660通过缺省路径 和目标AFE设备通信，且若缺省路径发生非期望情况，则通过备用路径和目标AFE设备通 信。在一实施例中，前述非期望情况包括缺省路径的断路。虽然图8出示了三个AFE设备，但本发明并不局限于此。在图8的实施例中，中央控制器660耦合至AFE设备820，该AFE设备820由电池 610中最低电压电平的电池单元818供电。在一实施例中，AFE设备820、830和840相同，可以为集成芯片。在图8的实施例 中，AFE设备820包括监控模块622、总线模块824、ADC626、总线引擎628、LD0 652，以及I/ 0设备(未图示)。监控模块622输出表示每个电池单元的状态的监控信号。总线模块824 包括内部信号路径(例如，内部缺省信号路径827和内部备用信号路径825)，用于传输监控 信号。在一实施例中，内部缺省信号路径827包括上行信号路径(例如，图4的上行信号路 径422)和下行信号路径(例如，图4的下行信号路径424)。在另一实施例中，内部备用信 号路径825包括图4的上行信号路径422和图4的下行信号路径424，当内部缺省信号路径 827发生非期望情况时，内部备用信号路径作为备用。相似地，AFE设备830包括监控模块632、总线模块834、ADC 636、总线引擎638、 LDO 654，以及I/O设备(未图示)。总线模块834包括内部缺省信号路径837和内部备用 信号路径835。AFE设备840包括监控模块642、总线模块844、ADC 646、总线引擎648、LD0 656，以及I/O设备(未图示)。总线模块844包括内部缺省信号路径847和内部备用信号 路径845。外部信号路径耦合在AFE设备820、830和840之间，在AFE设备820、830和840 之间传输监控信号。在一实施例中，外部信号路径包括外部缺省信号路径和外部备用信号 路径。若在外部缺省信号路径发生非期望情况，则外部备用信号路径作为备用。
在图8的实施例中，电池管理系统800为单线，外部缺省信号路径SD_1和外部缺 省信号路径SPA_1耦合在AFE设备820和830之间。若在信号路径SD_1发生非期望情况， 则外部缺省信号路径SPA_1作为备用。相似地，外部缺省信号路径SD_2和外部缺省信号路 径SPA_2耦合在AFE设备830和840之间。虽然图8中每两个AFE设备之间有一条外部缺省信号路径和一条外部备用信号路 径，但本发明不仅限于此。中央控制器660通过缺省路径和目标AFE设备通信。在一实施例中，该缺省路径 经过中央控制器660、AFE设备820中的内部缺省信号路径827、AFE设备中的内部缺省信号 路径，以及AFE设备820和目标AFE设备之间的外部缺省信号路径。例如，当AFE设备840 为目标AFE设备，中央控制器660发出一个信号，则传输该信号至AFE设备840的缺省路径 为经过中央控制器660、总线引擎628、内部缺省信号路径827中的上行信号路径、外部缺省 信号路径SD_1、总线引擎638、内部缺省信号路径837的上行信号路径、外部缺省信号路径 SD_2，以及总线引擎648。中央控制器660可以判断是否有非期望情况发生在缺省路径。在一实施例中，当 每个AFE设备接收到来自中央控制器660的信号，该AFE设备会产生反馈信号，并传输至中 央控制器660。这样，在中央控制器660发出信号之后，若中央控制器660接收到来自总线 引擎628和638的反馈信号，却没有接收到来自总线引擎648的反馈信号，则非期望情况可 能发生在内部缺省信号路径837的上行信号路径、外部缺省信号路径SD_2或总线引擎648。 然后，总线引擎638可能做如上所述的自我检测。当总线引擎638检测到非期望情况发生在内部缺省信号路径837中的上行信号路 径，中央控制器660再次发出一个信号，通过备用路径传输到AFE设备840，在一实施例中， 该备用路径和缺省路径不同在于，内部缺省信号路径837中的上行信号路径被内部备用信 号路径835中的上行信号路径代替。或者，信号通过备用路径传输至AFE设备840，在一实 施例中，该备用路径和缺省路径不同在于，外部缺省信号路径SD_2被AFE设备830和840 之间的外部备用信号路径SPA_2代替。所以，电池管理系统800的可靠性提高。虽然在图8中，每个AFE设备只有一条内部备用信号路径，但本发明不仅限于此。 每个AFE设备可以包括更多的内部备用信号路径，这样，更进一步地提高电池管理系统800 的可靠性。图9是根据本发明的一个实施例的电池管理系统900的结构示意图。和图6标号 相同的元件的功能相似。在图9的实施例中，电池管理系统900包括电池610、AFE设备620、630和640、中 央控制器660、隔离器920，以及多路选择器(multiplexer) 910。隔离器920可以为变压器、 光电隔离器等等。电池610包括电池包612、614和616。耦合至电池610的AFE设备620、 630和640获得电池610中电池单元的状态。耦合至至少两个AFE设备的中央控制器660能 够与目标AFE设备通信。在图9的实施例中，中央控制器660耦合至AFE设备620和640。 AFE设备620由电池610中最低电平的电池单元918供电。AFE设备640由电池610中最 高电平的电池单元919供电。虽然图9出示了三个AFE设备，但本发明并不局限于此。有利的是，中央控制器660通过缺省路径和目标AFE设备通信，若在缺省路径发生
13非期望情况，则通过备用路径和目标AFE设备通信。在一实施例中，缺省路径包括第一组 AFE设备，备用路径包括第二组AFE设备，且第一和第二组AFE设备不同。在一实施例中，非 期望情况包括断路。在图9的实施例中，中央控制器660包括总线接口(BUS I/F)，这样，中央控制器 660通过控制多路选择器910以选择缺省路径或备用路径进而实现通信。隔离器920转换 由中央控制器660发出的信号的电平，再通过备用路径传输该信号。在一实施例中，AFE设备620、630和640相同，可以为IC芯片。在图9的实施例 中，AFE设备620包括监控模块622、总线模块624、ADC626，总线引擎628,LDO 652，以及I/ 0设备(未图示)。监控模块622输出表示电池单元状态的监控信号。总线模块624包括 用于传输监控信号的内部信号路径。在一实施例中，内部信号路径包括上行信号路径(例 如，图4中的上行信号路径422)和下行信号路径(例如，图4中的下行信号路径424)。相似地，AFE设备630包括监控模块632、总线模块634、ADC 636、总线引擎638、 LDO 654，以及I/O设备(未图示)。AFE设备640包括监控模块642、总线模块644、ADC 646、总线引擎648、LDO 656，以及I/O设备(未图示)。在图9的实施例中，电池管理系统900为单线。在一实施例中，AFE设备620和630 通过外部信号路径SD_1相互连接。相似地，AFE设备630和640通过外部信号路径SD_2相 互连接。虽然图9中每两个AFE设备之间有一条外部信号路径，但本发明不仅限于此。如前所述，中央控制器660通过缺省路径和目标AFE设备通信，若在缺省路径发生 非期望情况，则通过备用路径和目标AFE设备通信。在一实施例中，缺省路径经过中央控制 器660、AFE设备620的内部信号路径，以及AFE设备620和目标AFE设备之间的多条外部 信号路径。备用路径经过中央控制器660、AFE设备640的内部信号路径，以及AFE设备640 和目标AFE设备之间的多条外部信号路径。换句话说，来自中央控制器660的信号可以以 上行方向传输至目标AFE设备，若在上行方向发生非期望情况，则通过下行方向传输至目 标AFE设备。当AFE设备640为目标AFE设备，中央控制器660发出一个信号，该信号传输至AFE 设备640的缺省路径可以为控制单元660、总线引擎628、总线模块624中的内部信号路径、 外部信号路径SD_1、总线引擎638、总线模块634中的内部信号路径、外部信号路径SD_2，以 及总线引擎648。中央控制器660判断非期望情况是否发生在缺省路径。在一实施例中，AFE设备接 收到来自中央控制器660的信号后，产生反馈信号并传输至中央控制器660。这样，当中央 控制器660发出信号后，若中央控制器660收到来自总线引擎628和638的反馈信号，而未 收到来自总线引擎648的反馈信号，则在缺省路径发生非期望情况。这样，中央控制器660 再次发出信号，并由备用路径传输该信号。这时，备用路径经过中央控制器660和总线引擎 648。所以，电池管理系统900的可靠性提高。在一实施例中，中央控制器660至少耦合至两个AFE设备。所以，更进一步地提高 电池管理系统900的可靠性。在一实施例中，电池管理系统900的每个AFE系统还可以包括内部备用信号路径 和外部备用信号路径，若发生如上所述的非期望情况，则这些备用信号路径可以作为备用。 所以，更进一步地提高电池管理系统900的可靠性。
图10是根据本发明的一个实施例的在电池管理系统中通信的方法的流程图 1000。结合图8和图9对图1000进行描述。在步骤1002，中央控制器660判断非期望情况是否发生在中央控制器660和目标 设备通信的缺省路径中。在图8的实施例中，缺省路径经过中央控制器660、AFE设备820 中的内部缺省信号路径827、AFE设备中的多个内部缺省信号路径，以及AFE设备820和目 标AFE设备之间的多个外部缺省信号路径。在图9的实施例中，缺省路径经过中央控制器 660、总线模块624中的内部信号路径、AFE设备中的多个内部信号路径，以及AFE设备620 和目标AFE设备之间的多个外部信号路径。如前所述，中央控制器660判断非期望情况是 否发生在缺省路径。在步骤1004，若检测到非期望情况发生，则用备用路径进行通信。否则，用缺省路 径进行通信。在图8的实施例中，若非期望情况发生在缺省路径的内部缺省信号路径中，则 备用路径如上所述。在图8的实施例中，若非期望情况发生在缺省路径的外部缺省信号路 径中，则备用路径如上所述。在图9的实施例中，备用路径如上所述。上文具体实施方式
和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离所附权利要 求书所界定的本发明精神和保护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，在此披露之实 施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于 此前之描述。
权利要求
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电池，其包括多个电池单元；以及一组设备，其耦合至所述电池，用于分别获得所述多个电池单元的状态；以及控制单元，其耦合至所述一组设备中的第一设备，用于通过缺省路径与所述一组设备的目标设备通信，且当所述缺省路径发生非期望情况时，用于通过备用路径与所述目标设备通信。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述非期望情况包括所述缺省 路径的断路。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元还耦合至所述一 组设备中的第二设备。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述缺省路径包括第一组所述 设备，所述备用路径包括第二组所述设备，其中所述第一组和所述第二组所述设备是不同 的。
5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述设备由所述电池单元供电， 且共用所述电池单元提供的一组电压。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一设备包括一设备，其由 所述电池单元中最低电平的电池单元供电的。
7.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述第二设备包括一设备，其由 所述电池单元中最高电平的电池单元供电。
8.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括包括一组电池单元的电池；一组设备，其耦合至所述电池，用于获得所述电池单元的状态，每个所述设备更进一步 包括监控模块，用于输出表示每个所述电池单元的状态的监控信号；总线模块，其耦合至所述监控模块，用于传输所述监控信号，其中所述总线模块包括所 述总线模块中的内部信号路径，其中所述设备外的外部信号路径耦合在所述设备之间，且 用于在所述设备间传输监控信号；以及控制单元，其耦合至所述一组设备的第一设备，用于通过缺省路径与所述设备的目标 设备通信，且当所述缺省路径发生非期望情况时，用于通过备用路径与所述目标设备通信。
9.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述非期望情况包括所述缺省 路径的断路。
10.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述内部信号路径包括内部缺 省信号路径，所述外部信号路径包括外部缺省信号路径。
11.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于，所述缺省路径包括一路径，该 路径经过所述控制单元，所述第一设备中的内部缺省信号路径，第一组所述设备中的第一 组内部缺省信号路径，所述第一设备和所述目标设备之间的第一组外部缺省信号路径。
12.根据权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述内部信号路径还包括内 部备用信号路径。
13.根据权利要求12所述的电池管理系统，其特征在于，所述备用路径包括一路径，该路径和所述缺省路径的区别在于，若所述非期望情况发生在所述第一设备的内部缺省信号 路径，则所述第一设备的所述内部缺省信号路径被所述第一设备中的内部备用信号路径代替。
14.根据权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述外部信号路径还包括外 部备用信号路径。
15.根据权利要求14所述的电池管理系统，其特征在于，所述备用路径包括一路径，该 路径和所述缺省路径的区别在于，若所述非期望情况发生在所述第一设备和所述目标设备 间的第一组外部缺省信号路径中的一外部缺省信号路径，则所述外部缺省信号路径被所述 第一设备和所述目标设备间的外部备用信号路径代替。
16.根据权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元还耦合至所述 一组设备的第二设备，且所述备用路径包括一路径，该路径经过所述控制单元，所述第二设 备的内部缺省信号路径，第二组所述设备中的第二组内部缺省信号路径，所述第二设备和 所述目标设备之间的第二组外部缺省信号路径。
17.根据权利要求16所述的电池管理系统，其特征在于，所述设备由所述电池单元供 电，且共用所述电池单元提供的一组电压。
18.根据权利要求17所述的电池管理系统，其特征在于，所述第二设备包括一设备，其 由所述电池单元中最高电平的电池单元供电。
19.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述设备由所述电池单元供 电，且共用所述电池单元提供的一组电压。
20.根据权利要求19所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一设备包括一设备，其 由所述电池单元中最低电平的电池单元供电。
21.根据权利要求18所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元判断所述非期 望情况是否发生。
22.一种在电池管理系统中通信的方法，该方法包括判断非期望情况是否发生在缺省路径，该缺省路径用于在控制单元和目标前端设备之 间进行通信；以及若检测到所述非期望情况，则通过备用路径进行所述通信，否则通过所述缺省路径进 行所述通信。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述电池管理系统包括一组前端设备， 其中每一前端设备包括内部缺省信号路径，且所述设备外有外部缺省信号路径，所述外部 缺省信号路径耦合至所述设备之间。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述控制单元耦合至所述电池管理系 统的第一前端设备，且其中所述缺省路径包括一路径，该路径经过所述控制单元，所述第一 设备中的内部缺省信号路径，第一组所述设备中的第一组内部缺省信号路径，所述第一设 备和所述目标设备之间的第一组外部缺省信号路径。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述备用路径包括一路径，该路径和所 述缺省路径的区别在于，若所述非期望情况发生在所述第一设备的内部缺省信号路径，则 所述第一设备的所述内部缺省信号路径被所述第一设备中的内部备用信号路径代替。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述备用路径包括一路径，该路径和所述缺省路径的区别在于，若所述非期望情况发生在所述第一设备和所述目标设备间的第一 组外部缺省信号路径中的一外部缺省信号路径，则所述外部缺省信号路径被所述第一设备 和所述目标设备间的外部备用信号路径代替。
27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述控制单元还耦合至所述设备的第 二设备，且所述备用路径包括一路径，该路径经过所述控制单元，所述第二设备的内部缺省 信号路径，第二组所述设备中的第二组内部缺省信号路径，所述第二设备和所述目标设备 之间的第二组外部缺省信号路径。
28.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述非期望情况包括所述缺省路径的 断路。
全文摘要
本发明公开了一种电池管理系统及其通信的方法。所述电池管理系统包括包含多个电池单元的电池；一组设备，其耦合至所述电池，用于获得所述多个电池单元的状态；以及控制单元，其耦合至所述设备的第一设备，通过缺省路径与所述一组设备的目标设备通信，且当所述缺省路径发生非期望情况时，通过备用路径与所述目标设备通信；与现有技术相比，本发明的电池管理系统的可靠性更高。
文档编号H01M10/42GK101944640SQ200910215648
公开日2011年1月12日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年1月6日
发明者栗国星 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司