家用储能电池系统的制作方法

本申请要求于2017年9月12日提交的当前未决的美国专利申请15/702,651的权益；该申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种自动可充电电池控制模块，该自动可充电电池控制模块具有用于通过单个电力连接线接收并输送功率的单个电力连接器，并且包含自动控制系统。

背景技术：

当前的电池管理系统获得关于电池系统中的单独的电池单元的数据。该系统保留地址以用于与电池单元传感器和/或电池单元通信。当传感器将关于电池单元的数据传输到管理系统时，传感器包括电池单元的地址。这种系统可能需要大量资源以及用于连接系统的组件的复杂布置。

如图19所示，锂电池具有非线性放电曲线，具有一直到放电大约80％时的相对平坦的放电区域。因此，与在电池放电时具有相对线性的电压降的铅酸电池不同，电压上的小的变化能够表示出电荷状态的较大差异。ups系统仅通过监测铅酸电池的电压就能更容易地监测到铅酸电池的电荷状态，因此也能够监测到剩余电量。然而，仅通过测量电压，更难以监测并预测锂电池系统中的剩余电量。因此，仅通过测量电压，更难以确定锂电池单元中的剩余可用电量。

当前的充电系统被配置为将电池组充电到预定电压。然而，单独的电池可能无法被充电到相同水平，并且电池电荷状态水平之间的差异可能会导致容量受限。电池组容量受限于最低电池单元的容量。另外，当一些电池单元具有较低电荷状态水平时，随着电池放电，这些单元可能会放电到导致充电容量永久损失的水平。

具有过充和欠充保护特征的、用于可充电电池的当前电池控制系统在过充或欠充情况的情况下通常利用断开的两个继电器或接触器来隔离电池系统。这两个继电器可以是串联的并且需要手动重置。它们可以使用并联的两个并联继电器，并且每个继电器都具有二极管以控制电流流向电池或从电池流出。该系统是复杂的并且需要昂贵的组件。

技术实现要素：

本发明涉及一种具有单个电力连接器的示例性自动可充电电池控制模块。单个电力连接器与单个电力连接线耦合，该单个电力连接线与向自动可充电电池控制模块提供电力流以对电池充电的电源耦合，并且与从自动可充电电池控制模块接收电力流的负载耦合。该单个电力连接器使安装变得非常简单。单个电力连接器可以是dc连接器并且直接向负载供电，或者向逆变器或电力控制器供电。电力控制器可以调节到负载的电力，并且还可以调节到自动可充电电池控制模块以便对电池充电的供电。在示例性实施例中，逆变器或电力控制器可以与自动可充电电池控制模块配置在一起。另外，示例性自动可充电电池控制模块包含自动控制系统，该自动控制系统自动地从充电模式切换到放电模式并且不需要任何手动重置以从一种模式切换到另一种模式。自动控制系统还可以监测电池或电池组以及电荷状态，以防止过度充电或过度放电，在过度放电中，电池组降到低于电荷状态的下限阈值。

示例性自动可充电电池控制模块可以被包含到备用供电系统中，该备用供电系统也使用替代电源，诸如太阳能发电装置或风力发电机、地热发电机、水力发电机等。例如，该系统可以被配置为向住宅、办公楼、商店或工厂供电。由替代供电系统产生的电力可以被引导至负载，和/或一部分可以被引导通过单个电力连接线以对示例性自动可充电电池控制模块中的电池充电。当替代电源未产生电力或者正在产生低于阈值供应水平的电力时，自动可充电电池控制模块可以通过单个电力连接线向负载供电。自动可充电电池控制模块以及替代电源和负载可以被连接至最大功率点跟踪器(mppt)，该最大功率点跟踪器转换需要供应给负载的电力，并且是优化替代电源(诸如太阳能阵列(pv面板))与自动可充电电池控制模块和/或电网之间的匹配的电子dc-dc变流器。示例性的mppt包含算法并且对用于在某些条件下从替代电源提取最大可用功率的控制器充电。可以用该系统来实现电力削减(powershaving)，其中当电价更加昂贵时，将非高峰时段期间由替代电源产生的或者来自电网的电力存储在自动可充电电池控制模块中，并且随后在高峰时段期间由自动可充电电池控制模块供电。

示例性自动可充电电池控制模块可以包括具有一个单独电池(但是在大多数情况下具有多个单独电池)的电池组。在示例性实施例中，电池组包括各自产生大约3.0v的锂离子电池。电池的电气布置(诸如串联和/或并联)可以提供48v的负载或者由应用指定的任何合适的负载。示例性自动可充电电池控制模块可以被配置为产生适用于应用的电力供应。例如，小的住宅或公寓一天可能需要大约10千瓦时或更多的电力，并且较大的住宅或办公室一天可能需要20至30千瓦时或更多的电力。更大的公寓楼一天可能需要40至50千瓦时或更多的电力。单独的自动可充电电池控制模块可以被配置为提供一天大约3千瓦时或更多的电力、一天大约5千瓦时或更多的电力、一天大约10千瓦时或更多的电力、一天大约20千瓦时或更多的电力、一天大约50千瓦时或者更多的电力、以及在所提供的这些电力水平之间且包括这些电力水平的任何范围。多个自动可充电电池控制模块可以并联或串联地被电耦合在一起以提供模块堆，以为应用提供合适的电力供应。例如，三个10千瓦时的自动可充电电池控制模块可以被堆叠并且并联连接，以向较大住宅提供高达大约30千瓦时的电力。

示例性自动可充电电池控制模块与一个或多个可充电电池或电池组一起配置在外壳内。设置示例性自动可充电电池控制模块非常简单，因为它具有可以被配置为容纳单个电力连接线的单电力连接器。单个电力连接线可以包括安德森(anderson)插头，并且单个电力连接器可以是具有正极端子和负极端子的安德森插头连接器。自动可充电电池控制模块还具有通/断开关，使自动可充电电池控制模块的安装和操作非常容易。

示例性自动可充电电池控制模块包括低压断路器lvd，在电池或电池组的电荷状态降到低于电荷状态的下限阈值的情况下，该低压断路器中断来自电池的电力供应。自动电池控制系统和/或微处理器和传感器可以由电池组供电，并且该寄生负载可以将电池的电荷状态减小到下限阈值。低压断路器将在电荷状态降到低于下限阈值的情况下中断来自电池组的电力。这防止了因过度放电而对电池造成任何损坏。同样地，示例性自动可充电电池控制模块包括过压断路器，在电池或电池组的电荷状态升到高于电荷状态的上限阈值的情况下，该过压断路器中断输往电池的电力供应。这将防止因过压情况而损坏电池或对电池过度充电。

示例性自动可充电电池控制模块包含用于可充电电池系统的自动电池控制系统，其使电池能够自动地从充电模式切换到放电模式。示例性自动电池控制系统包括与继电器的接触器或者如本文使用的继电器接触器并联配置的并联电阻器，该并联电阻器被配置为将电池与负载和/或电源或充电器隔离。并联电阻器具有高电阻值，所以极少电流能流过电阻器，但是该并联电阻器的继电器电位(正的或负的)由差分放大器感测并且由光耦合器指示给微处理器。并联电阻器可以具有在电池与最小负载之间产生大约0.2v的电压的电阻值。然后由差分放大器来放大该0.2v的电位。当负载被连接至自动电池控制电路或电池单元时，继电器接触器和并联电阻器的输出侧的电压降到低于输入侧的电压、或者低于电池电压，从而产生负的继电器电位。当电源或充电器被连接至自动电池控制电路或电池单元时，继电器接触器和并联电阻器的输出侧的电压升到高于输入侧的电压、或者高于电池电压，从而产生正的继电器电位。

电池管理系统测量电池的电荷状态并且针对过压和欠压设置极限。示例性电池管理系统具有过压输出，以用于当测量的电池的电荷状态高于上限阈值时提供过压输出信号。示例性电池管理系统具有欠压输出，用于当测量的电池的电荷状态低于下限阈值时提供欠压输出信号。上限阈值和下限阈值可以被设置以避免因过度放电或过度充电而损坏电池，并且可以是工厂设置极限，或者由用户设置。在该系统中，当在充电模式下时忽略欠压输出信号，并且当在放电模式下时忽略过压输出信号。在没有任何手动重置并且仅具有一个继电器接触器的情况下，系统自动地从放电切换到充电。

示例性自动电池控制系统包括电池系统，该电池系统可以包括多个电池单元，并且这些电池单元可以串联或并联耦合。示例性自动电池控制系统包括微处理器，该微处理器与电池管理系统和自动电池控制系统耦合。微处理器接收来自电池管理系统的电荷状态信息并且提供对断开和闭合继电器的继电器接触器的晶体管的控制。微处理器还从与差分放大器耦合的第一充电光耦合器接收输入。光耦合器向微处理器提供模式的输入，即充电或放电。当连接负载时，继电器接触器和并联电阻器的输出侧上的电压会下降，并且该下降或者由并联电阻器测量的从输入侧到输出侧的继电器接触器两端的负电位，由差分放大器感测并由放电光耦合器指示给微处理器。当处于放电模式时，继电器电位为负，指示电流从电池流到负载，并且通过放电光耦合器将该继电器电位提供给微处理器。当连接电源或充电器时，继电器接触器和并联电阻器的输出侧上的电压将上升，并且该上升或者由并联电阻器测量的从输入侧到输出侧的继电器接触器两端的正电位，由差分放大器感测并由充电光耦合器指示给微处理器。当处于充电模式时，继电器电位为正，指示电流流到电池，并且通过充电光耦合器将该继电器电位提供给微处理器。电池管理系统包括向微处理器提供流入电池或流出电池的电流流动方向的电流信号的电流流动输出，例如modbus。示例性电池管理系统可以由隔离电源供电，该隔离电源可以由运行系统的5v电源供电。

示例性自动电池控制系统包括自动电池控制电路，该自动电池控制电路被耦合至电池管理系统、微处理器和电池单元。自动电池控制电路包括单个继电器，该单个继电器具有单个继电器接触器和晶体管。另外，自动电池控制电路并联电阻器从继电器接触器的输入侧到输出侧与继电器接触器并联配置。

示例性自动电池控制系统可以自动地从放电模式切换到充电模式。在放电模式下，当微处理器未从欠压输出接收到欠压信号时，微处理器会通过晶体管闭合继电器接触器。在继电器接触器闭合时，并联电阻器测量的继电器电位基本上为零，并且充电光耦合器的输出将关断，防止任何过压信号导致继电器被断开。继电器将保持闭合，只要电流流动输出(modbus)提供流到负载的电流的电流信号。当流到负载的电流的所述电流信号停止时，微处理器将断开继电器接触器，从而使电池与负载隔离。当电池管理系统检测到上限阈值时，微处理器也将断开继电器接触器，从而防止电池单元的过度放电。

在充电模式下，当微处理器未从过压输出接收到过压信号时，微处理器将启用继电器接触器以由晶体管闭合。在继电器接触器闭合时，并联电阻器测量的继电器电位基本上为零，并且放电光耦合器的输出将关断，防止任何欠压信号导致继电器接触器被断开。继电器接触器将保持闭合，只要电流流动输出(modbus)提供流到电池单元的电流的电流信号。当流到电池单元的电流的电流信号停止时，微处理器将断开继电器，从而使电池单元与电源或充电器隔离。当电池管理系统检测到下限阈值时，微处理器也将断开继电器接触器，从而防止电池单元的过度充电。

当继电器接触器断开时，继电器接触器或并联电阻器的输入侧与输出侧之间存在高电阻，并且因此可以由差分放大器来测量并联电阻器上的电位。然而，当继电器接触器闭合时，电流将流过继电器并且极少电流将流过电阻器，因为该电阻器是具有1000欧姆或更高、大约10k欧姆或更高、大约100k欧姆或更高、以及在所提供的电阻值之间(包括所提供的电阻值)的任何范围的高电阻值电阻器。当具有在上限阈值与下限阈值之间的、或者在充电阈值极限与放电阈值极限之间的电荷状态的电池被连接至最小负载时，选择并联电阻器的电阻值以在电阻器上提供大约0.2v的电压电位。只要没有负载或电源或充电器被连接至电池单元，电阻器两端就不存在电压。假设电池单元低于电荷状态的阈值充电极限，当继电器接触器的输出侧或输出电压由于与电源或充电器连接而升到高于电池电压时，它将闭合继电器接触器以将其导通。而且，假设电池单元高于电荷状态的阈值放电极限，当继电器接触器的输出侧或输出电压由于与负载连接而降到低于电池电压时，它将闭合继电器接触器以将其导通。阈值充电极限和上限阈值可以是相同的或基本上相同的值，诸如彼此相差大约5％。同样地，阈值放电极限和下限阈值可以是基本上相同的值，诸如彼此相差大约5％。阈值充电极限可以是小于上限阈值的电荷状态值并且允许在微处理器断开继电器之前将电池单元充电到上限阈值。阈值放电极限可以是高于下限阈值的电荷状态并且允许在微处理器断开继电器之前放电到下限阈值。

在示例性实施例中，电池管理系统包括确定电池单元或电池的电荷状态或者可用的剩余电荷量的程序。在将电池电力用作输出电力之前，该计算会考虑电池单元或电池组的电压。该程序使用与由被供电装置正在汲取的电力有关的输入，诸如电流、电压和时间，并且计算从电池组占用的总电力。然后程序可以计算电池组的放电百分比，如图19所描绘的。电力控制系统可以计算在电池组放电80％之前的剩余时间，并且可以在停机之前经由数据传输系统发送剩余时间的警报。如果达到80％或更高的放电水平，则电力控制系统可以停机电池组，例如以便保护系统并且防止损坏电池组。

示例性电池管理系统包括用于获得关于电池组中的电池单元的数据的电池单元监测模块。计算装置可以通过向第一监测模块发送数据请求来获得数据。第一监测模块获得关于其连接的电池单元的数据并将该数据传输到计算装置，并且向第二监测模块发送数据请求。第二监测模块获得关于其连接的电池的数据并将该数据传输到计算装置，并且向下一个监测模块发送数据请求。每个相继的监测模块都执行相同的步骤，直到所有监测模块都向计算装置发送了有关其连接的电池单元的数据。因此，计算装置仅需要数据请求端口和(一个或多个)输入数据端口以获得用于电池组的数据。

在一个方面中，本公开描述了一种电池管理系统。该电池管理系统包括具有输出数据请求端口和输入数据端口的计算装置。电池管理系统还包括第一和第二电池单元监测模块，每个电池单元监测模块都被连接至计算装置的输入数据端口。响应于来自计算装置的输出数据请求端口的数据请求，第一电池单元监测模块将第一电池单元的数据传输到计算装置的输入数据端口，并且将数据请求传输到第二电池单元监测模块。响应于来自第一电池单元监测模块的数据请求，第二电池单元监测模块将第二电池单元的数据传输到计算装置的输入数据端口。

第一电池单元监测模块可以连接至电动车辆的电池组中的第一电池单元。电池管理系统还可以包括将计算装置连接至电池单元监测模块的接线。由于电池组中的电池单元可以被串联布线，正极端子和负极端子的物理位置以交替方式设置，所以第二电池单元监测模块被定向在与第一电池单元监测模块相反的方向上。

第一电池单元监测模块可以包括模数转换器。该模数转换器可以测量第一电池单元的电压。第一电池单元监测模块可以包括测量第一电池单元的温度的温度监测装置。可以将温度表示为被施加到模数转换器的输入的电压。第一电池单元的数据可以是第一电池单元的电压和温度。第二电池单元的数据可以是第二电池单元的电压和温度。

计算装置可以扫描第一和第二电池单元监测模块以确定电池管理系统中的电池单元监测模块的数量。在计算装置未在预定时间段内在输入数据端口上接收到数据之后，计算装置可以将第二数据请求传输到第一电池单元监测模块。预定时间段可以是20ms。计算装置可以包括测量第一和第二电池单元两端电压的模数转换器。计算装置可以包括测量流入第一和第二电池单元的电流的模数转换器。

当检测到误差状况时，计算装置可以输出警报。误差状况可以是高压状况、低压状况、高电流状况、高温状况、或者连接故障状况。当计算装置在第一和第二电池单元两端检测到高压状况时，计算装置可以关闭电池充电器。当计算装置在第一和第二电池单元上检测到低压情况时，计算装置可以关闭电机控制器。

电池管理系统可以包括显示第一和第二电池单元的数据的监视器，诸如视频监视器。电池管理系统可以包括连接故障检测器，该连接故障检测器检测处于零电压参考电平的节点与第一和第二电池单元之间的连接。电池管理系统可以包括一个或多个电池单元平衡系统，每个平衡系统都平衡电池单元中的充电。

在另一方面中，本公开描述了一种电池管理系统，该电池管理系统具有计算装置以及第一和第二电池单元监测模块。该计算装置包括第一输出数据请求端口和输入数据端口。第一电池单元监测模块包括被连接至控制器的输出数据请求端口的第一输入数据请求端口、被连接至控制器的输入数据端口的第一输出数据端口、和第二输出数据请求端口。第二电池单元监测模块包括被连接至第一电池单元监测模块的第二输出数据请求端口的第二输入数据请求端口、和被连接至控制器的输入数据端口的第二输出数据端口。

在另一方面中，本公开描述了一种管理电池的方法。该方法包括：通过计算装置将第一数据请求传输到第一电池单元监测模块。该方法还包括：响应于第一数据请求，通过第一电池单元监测模块将第一电池单元的数据传输到计算装置的输入数据端口。该方法还包括：通过第一电池单元监测模块将第二数据请求传输到第二电池单元监测模块。该方法还包括：响应于第二数据请求，通过第二电池单元监测模块将第二电池单元的数据传输到计算装置的输入数据端口。

以下专利的全部内容通过引用并入本文：于2014年5月13日公告的名称为batteryunitbalancingsystem的美国专利第8,723,482号；于2017年3月14日公告的名称为uninterruptedlithiumbatterypowersupplysystem的美国专利第9,595,847号；于2016年6月21日公告的名称为integratedbatterycontrolsystem的美国专利第9,371,067号；以及于2017年7月24日公告的名称为wirelessbatterymanagementsystem的美国专利第9,553,460号；以上所有专利都转让给elitepowersolutionsllc.。

提供本发明内容作为对本发明的一些实施例的一般性介绍，并且不旨在是限制性的。本文提供了包括本发明的变型和替代配置的另外的示例实施例。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解并且被包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，图示了本发明的实施例，并且与说明书正文一起用于解释本发明的原理。

图1是描绘了连接至电池组的电池管理系统的示例性实施例的框图。

图2是描绘了电池管理系统的电池单元监测模块相对于电池组的电池单元的示例性布置的框图。

图3是描绘了电池管理系统内的计算装置与电池单元监测模块之间的连接的框图。

图4是描绘了电池单元监测模块之间的连接的图。

图5是描绘了示例性电池单元监测模块的混合框图和电路图。

图6是电池单元监测模块的示例性实施例的电路图。

图7是用于计算装置的接口的示例性实施例的电路图。

图8是电池单元监测模块中的电池单元平衡系统的示例性实施例的电路图。

图9是描绘了电池管理系统的计算装置的示例性实施例的框图。

图10是描绘了计算装置的警报输出系统的示例性实施例的框图。

图11是描绘了计算装置的警报输出系统的示例性实施例的电路图。

图12是描绘了计算装置的连接故障检测系统的示例性实施例的框图。

图13是描绘了计算装置的连接故障检测系统的示例性实施例的电路图。

图14是描绘了计算装置的电池组电压和电池组电流输入系统的示例性实施例的电路图。

图15是描绘了计算装置的处理器的示例性实施例的电路图。

图16是描绘了与电池管理系统一起使用的电源的示例性实施例的电路图。

图17是描绘了为图14的电路供电的隔离电源的电路图。

图18是描绘了控制器区域网络(can)接口的示例性实施例的电路图。

图19示出了锂电池的示例性放电曲线。

图20示出了示例性锂电池供电系统的图。

图21示出了示例性电力控制系统以及多个输入、输出和指示器。

图22示出了其上配置有电池监测模块的示例性电池组的顶部透视图。

图23示出了示例性锂电池供电系统的图。

图24示出了包括与电池管理系统、微处理器、电池单元和负载耦合的自动电池控制电路的示例性自动电池控制系统图。

图25示出了电池电荷状态以及充电极限和放电极限的图。

图26示出了在放电模式下的自动电池控制系统的流程图。

图27示出了在充电模式下的自动电池控制系统的流程图。

图28示出了具有单个电力连接器的示例性自动可充电电池控制模块的透视图。

图29示出了图28所示的示例性自动可充电电池控制模块的透视图，其中移除了顶部以示出模块的外壳内的多个可充电电池和自动电池控制系统。

图30示出了连接至mppt的示例性自动可充电电池控制模块的示意图，该mppt将电池控制模块与负载、住宅、以及电源、光伏电池耦合。

图31示出了连接至负载(诸如住宅以及还与相同负载电耦合的替代电源)的示例性自动可充电电池控制模块的示意图。

图32示出了被堆叠且并联电耦合、并且具有单个电力连接器的多个示例性自动可充电电池控制模块的透视图。

图33示出了包括电池组和自动电力控制系统的示例性自动可充电电池控制模块的电路图，该电池组具有两个并联集合，每个并联集合具有四个电池。

相应的附图标记在附图的若干视图中表示相应的部件。附图代表本发明的一些实施例的图示，并且不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。进一步地，附图不一定按比例绘制，可能夸大了一些特征以示出特定组件的细节。因此，在本文中公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

具体实施方式

如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括要素的列表的过程、方法、物品、或设备不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、物品、或设备固有的其它要素。而且，采用“一(a)”或“一个(an)”来描述本文描述的要素和组件。这仅仅是为了方便并且给出对本发明范围的一般意义。该描述应该被理解为包括一个或者至少一个，并且单数也包括复数，除非显然表示其他含义。

本文描述了本发明的某些示例性实施例，并在附图中图示。所描述的实施例仅出于说明本发明的目的，不应被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将想到本发明的其它实施例以及对所描述的实施例的某些修改、组合和改进，并且所有这些替代实施例、组合、修改和改进都在本发明的范围内。

本公开尤其描述了电池管理系统的某些实施例。管理系统获得并显示关于电池组中的电池单元的数据。管理系统可以监测单独电池单元和/或整个电池组的电压和温度。如果管理系统发现任何电池单元出现问题(例如，电压超过极限或低于极限，或者电池单元过热)，则该系统可以采取措施以防止损坏其自身或电池组、或者以缓解该问题。如果系统检测到任何电池单元与地之间的连接，则该系统也可以采取相应的措施。因此，电池管理系统可以维持由电池组供电的系统(诸如电动车辆)的持续操作。

现在参照图1，示出并描述了连接至电池组190的电池管理系统100的示例性实施例的框图。电池管理系统100包括电池单元监测模块105(例如，感测板)、计算装置110和显示器115(例如监视器，诸如lcd监视器或被包含在诸如dvd播放器等另一装置中的监视器)。计算装置110可以测量整个电池组190的电压和/或电流并且将数据输出到显示器115。在各种实施例中，计算装置110可以通过测量流入或流出电池组190的电流量来确定电池组190的电荷状态。电池组190可以将电流量积分以确定电荷状态。在一些实施例中，当电池组190达到最小预定电压时，计算装置110可以将电池组190的电荷状态设置为大约0％。当电池组190达到最大预定电压时，计算装置110可以将电荷状态设置为大约100％。

在一些实施例中，电池组190可以包括多个电池单元195(例如，电池芯(batterycells))。每个电池单元都可以包括一个电池芯或多个电池芯。电池组190可以连接至外部负载198，诸如用于电动车辆的电机。管理系统100的每个电池单元监测模块105都可以连接至电池单元195。监测模块105可以获得针对连接至模块105的电池单元195的数据，诸如电压和/或温度。监测模块105可以将数据传输到计算装置110，该计算装置110可以将该数据输出到显示器115。

在一些实施例中，计算装置110可以被配置为与预定的固定数量的电池单元监测模块105一起操作。在一些实施例中，计算装置110可以被配置为扫描模块105以确定存在的模块105的数量。计算装置110可以扫描电池单元监测模块105以确定系统100中的监测模块105的数量。例如，在一些实施例中，计算装置110可以将扫描信号输出到第一监测模块105。作为响应，监测模块105可以向计算装置110返回电池单元电压和温度数据，并且可以将扫描信号输出到相继的监测模块105。在一些实施例中，监测模块105还可以向计算装置110返回电池单元电压和温度数据，并且可以将扫描信号输出到下一个模块105。因此，计算装置110可以通过接收到的电压和温度数据包的数量来计数监测模块105的数量。进一步地，计算装置110可以按照接收到的扫描信号的顺序、基于模块105或单元195的位置来为监测模块105和/或电池单元195编号。在一些实施例中，用户可以将计算装置110配置为设置监测模块105的数量或者命令装置110扫描模块105并获得其自身模块的数量。

计算装置110可以为单独电池单元195和/或整个电池组190检测误差状况。示例性误差状况可以包括诸如高压状况、低压状况、高电流状况和高温状况等状况。另一示例性误差可以是连接故障状况，例如至少一个电池单元195与具有零电压参考电平的接触点(诸如电动车辆的底盘)之间的连接。

当检测到误差时，计算装置110可以基于误差状况来发起测量。例如，如果计算装置110检测到整个电池组190的高压状况，则计算装置110可以停用对电池组190充电的装置(未示出)。在另一示例中，如果计算装置110检测到第一低压状况，则计算装置110可以将低压警告输出到显示器115。如果电池组190的电压进一步下降、触发了第二低压状况，则装置110可以停用连接至电池组190的负载、诸如电动车辆的电机控制器。

现在参照图2，示出并描述了电池单元监测模块105和电池组190中的电池单元195的示例性布置的框图。在该实施例中，监测模块105被连接至串联的电池单元195。每个监测模块105都可以被连接至单个电池单元195。电池单元195可以向连接的监测模块105供电以用于执行其操作。

图3是描绘了电池管理系统100内的计算装置110与电池单元监测模块105之间的连接的框图。计算装置110包括输出数据请求端口(在本文中也称为“使能输出”)和输入数据端口。每个监测模块105都包括输出数据端口、输入数据请求端口(在本文中也称为“使能输入”)、和输出数据请求端口。每个监测模块105的输出数据端口都并联连接至计算装置110的输入数据端口。

计算装置110的输出数据请求端口被连接至第一电池单元监测模块105a的输入数据请求端口。监测模块105a的输出数据请求端口被连接至相继的监测模块105b的输入数据请求端口。依次地，监测模块105b的输出数据请求端口被连接至下一个监测模块105c的输入数据请求端口。剩余的监测模块105以相同的方式连接。本文描述的计算装置110和电池单元监测模块105的通信从这些端口传输并且在这些端口处接收，如本领域的普通技术人员将理解的。进一步地，在各种实施例中，计算装置110和监测模块105包括电压连接和接地连接，以使得计算装置110可以向监测模块105供电(例如，12v)和接地。

在操作中，为了获得关于电池单元195的数据，计算装置110向第一电池单元监测模块105a发送数据请求信号(在本文中也称为“使能信号”或者“使能脉冲”)。作为响应，监测模块105a将关于连接的电池单元195a的数据传输到计算装置110。在模块105a完成传输数据之后，模块105a向第二电池单元监测模块105b发送数据请求信号。作为响应，监测模块105b将关于连接的电池单元195b的数据传输到计算装置110。在模块105b完成传输数据之后，模块105b向第三电池单元监测模块105c发送数据请求信号，并且针对其余的监测模块105继续该过程。

使用该通信系统，计算装置110可以根据装置110接收数据的顺序来将数据与电池单元匹配。因此，第一数据集合可以被匹配至第一电池单元195a，第二数据集合被匹配至第二单元195b等等。通过这种方式，计算装置110使用很少端口来获得数据并且将数据匹配至电池单元195。在一些实施例中，这种电池管理系统100可以消除对于专用寻址端口、寻址开关和/或跳线的需要。

当计算装置110未在至少预定时间段(例如20ms，尽管可以使用其它时间)内接收到来自电池单元195的数据时，计算装置110可以推断针对电池组190的数据收集已经完成了。计算装置110可以通过将另一数据请求传输到第一电池单元监测模块105a来获得另一数据集合，从而重启数据收集过程。在一些实施例中，计算装置110可以例如每1至2秒一次地收集关于电池单元195的数据。

在一些实施例中，计算装置110可以首先将接收到的数据的数量与监测模块105的数量相比较。如果数量匹配，则计算装置110可以确定所有监测模块105都是可操作的并且继续获得关于电池单元195的数据。如果数量不匹配，则计算装置110可以推断至少一个监测模块105和/或电池单元195是不可操作的。计算装置110可以生成误差消息并将其输出到显示器115。由于模块105按相继顺序将数据传输到计算装置110，所以计算装置110可以根据接收到的数据的数量来识别不可操作的模块105或单元195。通过这种方式，计算装置110可以通知用户监测模块105或电池组190中的故障的物理位置，使得用户能够解决问题。

对单独的监测模块105来说，在一些实施例中，模块105可以在接收到数据请求信号时为连接的电池单元195测量数据。在一些实施例中，模块105可以测量数据并将其存储在缓冲区中。然后，当模块105接收到数据请求信号时，模块105可以访问缓冲区并且可以将存储在其中的数据转移至计算装置110。

监测模块105可以以人类可读的形式将数据传输到计算装置110。监测模块105可以经由异步串行协议(诸如用于rs-232或usb连接的协议)来传输数据。监测模块105可以以任何速率并且利用任何数量的开始位和/或停止位来传输数据。例如，模块105可以利用一个开始位和一个停止位以9600波特来传输。

现在参照图4，示出并描述描绘了电池单元监测模块105之间的连接的图。在一些实施例中，接线400(例如，带状电缆、4线圆形线束)可以用于将监测模块105彼此连接。在一些实施例中，针对每个监测模块105，输出数据端口可以位于模块105的接口的中心。在一些实施例中，输入数据请求端口和输出数据请求端口可以对称地位于输出数据端口的相对侧上。通过使每个电池单元监测模块105在与相邻的模块105相反的方向上定向，接线400可以将一个模块105的输出数据请求端口连接至相继的模块105的输入数据请求端口。由于端口的定向，不需要扭曲或折叠接线400。进一步地，接线400可以将所有输出数据端口连接至计算装置110的输入数据端口。当监测模块105为其连接的电池单元195传输数据时，在数据到达计算装置110之前，可以跨连接监测模块105的接线400的每个部分发送数据。

图5是描绘了示例性电池单元监测模块105的混合框图和电路图。监测模块105包括端子502和503，微处理器505，反向连接保护系统510，电池单元平衡系统515，稳压器520，用于对电池单元195的电压采样的电阻器525、526，以及用于对电池单元195的温度采样的温度监测装置527(例如，热敏电阻)。监测模块105还包括用于接收来自计算装置110或监测模块105的数据请求信号的接收器540，用于将连接的电池单元195的数据传输到计算装置110的驱动器541，以及用于将数据请求信号传输到另一监测模块105的驱动器542。

电池单元195在端子502和503处连接至监测模块105。因此，电池单元195将其电压施加到反向连接保护系统510。如果该电压足够高，则保护系统510导电并且将电压施加到稳压器520、电阻器525、526、温度监测装置527和平衡器515。如果电池单元195被错误地连接至端子502、503(例如，极性不正确)，则反向连接保护系统510不导电，从而保护模块105免受可能的破坏性电压。

当保护系统510导电时，稳压器520可以汲取电池单元195的电压来为监测模块105供应稳定的电压(例如，2v)。具体地，该电压可以为微处理器505供电。微处理器505可以经由电阻器525和526获得电池单元195的电压和/或经由温度监测装置527获得温度。在一些实施例中，微处理器505可以对电阻器525、526和温度监测装置527上的值采样以获得电压和温度。微处理器505可以将这些值存储在内部存储器中。

在一些实施例中，当接收器540接收到数据请求信号时，接收器540将该信号传输到微处理器505。作为响应，微处理器505通过测量电阻器525、526和温度监测装置527上的值或者通过访问内部存储器中的所存值来获得电池单元195的电压和温度。微处理器505将这些值传输到驱动器541，该驱动器541经由例如异步串行ascii通信来将这些值驱动回计算装置110。基本上与此同时，微处理器505可以生成数据请求信号并将其输出到驱动器542。驱动器542将数据请求信号驱动到下一个监测模块105以用于获得关于其连接的电池单元195的数据。

现在参照图6，示出并描述了电池单元监测模块105的示例性实施例的电路图。在该实施例中，端子602、603与图5的端子502、503相对应。保护系统510可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)605，诸如p型mosfet。电池单元195的端子可以连接至mosfet605的源极和基极两者。当电池单元195的电压足够高时，该电压启动mosfet605。当mosfet605导电时，电池单元195将其电压施加到稳压器610。如果电池单元195的电压不够高、或者其极性是相反的，则mosfet605不导电，从而保护模块105免受可能的破坏性电压。通过这种方式，mosfet605可以充当低压降二极管。

稳压器610可以是集成电路(例如，lp2951)，该集成电路可以使用晶体管611、两个运算放大器612、613和两个电阻器614、615来调节电压。电阻器616、617可以将稳压器610的输出划分成例如2v。可以将该划分电压反馈回误差放大器612，并且稳压器610可以相应地调整输出。通过这种方式，稳压器610可以输出基本上恒定的电压。电容器618可以在向微处理器620供应电压之前对该划分电压滤波。进一步地，电源可以为时钟发生器(具有电容器623、624、振荡器625、电阻器626和缓冲器627、628)供电以生成时钟信号。可以向微处理器620提供时钟信号以用于其操作。

电池单元195可以经由端子602、603连接至电阻器629、630和热敏电阻631。电阻器629、630之间的节点以及邻近热敏电阻631的节点可以连接至微处理器620的输入端口，该输入端口又可以连接至内部模数转换器(在本文中也称为a/d转换器)。内部a/d转换器的其中一个输入可以对电阻器629、630之间的电压采样以确定电池单元195的电压。内部a/d转换器的另一输入可以经由热敏电阻631对表示为电压的电池单元195的温度采样。微处理器620可以将电压和温度存储在内部存储器中。在一些实施例中，微处理器620连接至对电压和温度采样的不同的a/d转换器。

微处理器620可以经由接收器640(例如，光耦合器)接收数据请求信号。作为响应，微处理器620可以获得电池单元195的电压和温度并且将这些值传输到驱动器641，该驱动器641将这些值驱动回计算装置110。基本上与此同时，微处理器620可以生成并输出数据请求信号。数据请求信号可以连接至晶体管650的基极。当信号导通晶体管时，电流流过驱动器642以将另一数据请求信号输出到下一个监测模块105。

图7是用于计算装置110的接口700的示例性实施例的电路图。该接口700可以由计算装置110使用以与电池单元监测模块105通信。计算装置110可以将数据请求信号施加到晶体管705(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet))的栅极。作为响应，晶体管705导电并且电流从电压源710流过电阻器715、716。在电阻器715、716之间的节点处产生的电压启动晶体管720。因此，电流从电压源710流过晶体管720和电阻器721，以输出用于第一电池单元监测模块105的数据请求信号(例如，逻辑高信号)。

电路可以通过连接器上的tx引脚接收数据信号(例如，作为12v信号)。电阻器725、726可以划分数据信号，并且齐纳二极管730可以将数据信号钳位至与向电池单元监测模块的微处理器供应的电压基本上相等的电压(例如，3.3v)。逆变器735(诸如施密特触发器逆变器)可以在将数据信号传递到计算装置110的微处理器之前消除噪声并且锐化划分和/或钳位数据信号的上升和下降时间。

在各种实施例中，接口700可以位于与计算装置110的其它组件相同的板上。在一些实施例中，通信接口可以与这些其它组件隔离。

图8是电池单元监测模块105的平衡单元800的示例性实施例的电路图。在于2010年11月4日提交的名称为“batteryunitbalancingsystem”的美国申请第12/939,889号中描述了平衡单元的操作，该申请的内容通过引用全部并入本文。

图9是描绘了电池管理系统100的计算装置110的示例性实施例的框图。计算装置110可以包括中央处理单元(cpu，例如8核处理器)905以及存储具有可执行指令的程序的存储器910(例如，电可擦除编程只读存储器、或者eeprom串行存储器)。例如，程序可以从经由总线接口965或usb电缆连接的外部装置加载到存储器910中。cpu905可以加载并执行来自存储器910的指令以进行其操作。程序可以包括配置数据，诸如系统100中的电池单元监测模块105的预定数量、或者阈值电池单元电压、或者将触发误差状况的温度。在一些实施例中，该程序可以从系统100的用户输入的值获得配置数据。

计算装置110可以使用模数(a/d)转换器915来测量电池组190的电压。a/d转换器915可以对电压采样以获得值。计算装置110可以使用模数(a/d)转换器916来测量电池组190的电流。在一些实施例中，a/d转换器916被连接至分流器，该分流器进而被连接至电池组190的端子和外部负载198的端子。分流器可以是电阻器，该电阻器产生与电池组190的电流成比例的电压降(例如，0.0001欧姆产生0.1mv/a的电压降)。放大器917可以在a/d转换器916对电流采样之前放大电流值。a/d转换器915、916可以将电池组电压和电流引导至由来自连接故障检测器925的信号控制的隔离屏障920。在一些实施例中，a/d转换器915、916与cpu905在相同的板上，a/d转换器915、916是隔离的，和/或以上两者都有。

连接故障检测器925可以信号通知电池单元195与零电压参考电平之间的连接存在。例如，零电压参考电平可以是电池组190的外壳或机壳，并且电池单元195与机壳之间的连接会对维护人员造成危害。当电池组190内的一个或多个电池单元195接触处于零电压参考电平的点时，该接触可以使电流从电池单元195流出。连接故障检测器925检测连接并且将信号输出到cpu905，该cpu905将在显示装置115上显示指示该连接的警告。

cpu905可以连接至电池单元监测模块105以获得关于单独电池单元195的数据，如参照图3至图5所描述的。cpu905可以处理关于单独电池单元195和/或电池组190的数据以创建复合视频信号。数模(d/a)转换器930(例如，3位转换器)可以生成从数字格式到模拟格式的复合视频信号，因此信号可以被显示在显示器115上。

如果cpu905检测到误差状况，则cpu905可以将误差信号传输到警报输出系统940。该系统940可以用于控制响应于该误差信号的组件和/或装置(例如，停止对电池组190充电的充电器、或者停止对电池放电的电动车辆的电机控制器)。

计算装置110可以包括电源960(未在图9上示出)。电源960向电池管理系统100的组件供应电压。在一些实施例中，电源960可以包括内部稳压器以提供恒定电压。电源960可以与计算装置110的其它组件隔离以防止损坏装置110。

计算装置110可以包括接口965，诸如控制器区域网络(can)接口。该接口可以包括端口，诸如并行端口引脚。计算装置110可以经由接口(未示出)连接至外部装置。例如，装置110可以连接至另一计算装置以接收要被存储在存储器910中的程序。

计算装置110可以包括用于接收页面选择信号的端口970。页面可以与用于显示关于电池组190内的电池单元195的数据的格式相对应。例如，一个页面可以显示整个电池组190的数据。另一页面可以显示八个、十二个、或者任何其它数量的电池单元195的电压和温度。相继的页面可以显示针对电池单元195的相邻集合的相同信息。例如，计算装置110可以从安装在电动车辆中的仪表盘中的开关接收页面选择信号(未示出)。作为响应，计算装置110可以将包含电池组数据的所选页面输出到显示器115。

图10是描绘了计算装置110的警报输出系统940的示例性实施例的框图。警报输出系统940接收来自计算装置110的误差信号。警报输出系统940根据该误差信号输出二进制信号。如果误差与断信号(offsignal)相对应，则系统940允许电流流到接地参考，从而输出逻辑低信号(例如，0v)。如果误差信号与通信号(onsignal)相对应，则系统940允许电流从电压源(诸如12v)流出。在一些实施例中，在误差信号持续至少30秒之前，系统940不允许电流流动。通过这种方式，系统940根据误差的存在来导通或关断外部装置。

图11是描绘了计算装置110的警报输出系统940的示例性实施例的电路图。警报输出系统940包括电压源1101，两个电阻器1103、1104，被配置为形成h桥的四个晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管或mosfet)1105、1106、1107、1108，以及操作警报输出系统940的两个晶体管1120、1121。晶体管1105、1108可以具有与晶体管1106、1107相反的极性。警报输出系统940可以将一个或多个接收到的误差信号施加到晶体管1120、1121，并且在端子1130、1131处输出与该误差信号相对应的一个或多个命令信号。

在操作中，误差信号可以被施加到晶体管1120和/或晶体管1121。如果计算装置110检测到低压状况，则装置110可以将误差信号施加到晶体管1120。当晶体管1120导电时，由电压源1101施加到晶体管1107、1108的栅极的电压下降。晶体管1107的源极与栅极之间的电压差减小以关断晶体管1107。晶体管1108的源极与栅极之间的电压差增大以导通晶体管1108。当晶体管1108导电时，电流从电压源1101通过晶体管1108流到输出端子1130。作为示例，在输出端子1130上产生的电压可以用于切断电机控制器。

如果计算装置110检测到高压状况、高电流状况或者高温状况，则装置110可以将误差信号施加到晶体管1121。当晶体管1121导电时，由电压源1101施加到晶体管1105、1106的栅极的电压下降。晶体管1106的源极与栅极之间的电压差减小以关断晶体管1107。晶体管1108的源极与栅极之间的电压差增大以导通晶体管1105。当晶体管1105导电时，电流从电压源1101通过晶体管1105流到输出端子1131。作为示例，在输出端子1130上产生的电压可以用于切断电池充电器或导通风扇。

图12是描绘了计算装置的连接故障检测系统的示例性实施例的电路图。连接故障检测系统包括具有发光二极管1210和晶体管1215(诸如光电晶体管)的光耦合器1205。发光二极管1210的一个端子连接至地(在本文中也称为“处于地面零参考电平的节点”)、诸如电动车辆的底盘。发光二极管1210的另一个端子连接至电流汇(currentsink)1220。晶体管1215的一个端子连接至电压源1225。另一个端子连接至与光耦合器1205的输出1228相对应的节点(在本文中也称为“输出节点”)。该节点连接至同样连接至地面零参考电平的电阻器1230，该地面零参考电平可以与电池组190电隔离。电流汇1220连接至电压源1235的负极端子。电压源1235的正极端子连接至电池组190的至少一个电池单元195的负极端子。

在操作中，当没有电池单元195的端子连接至地时，电流不流过光耦合器1205的发光二极管1210。发光二极管1210不启动晶体管1215，并且晶体管1215不导电。由于与光耦合器1205的输出相对应的节点1228与电压源1225断开连接，所以该节点处的任何充电都通过晶体管1230排到地。通过这种方式，光耦合器1205输出指示未检测到连接故障的逻辑低信号(诸如0v)。

当电池单元195的正极端子连接至零电压参考电平时，电流通过发光二极管1210流到电流汇1220。该电流启动晶体管1215，所以晶体管1215导电。电流从电压源1225流出，在输出节点1228处积累电荷。因此，光耦合器1205输出指示已经检测到连接故障的逻辑高信号。该逻辑高信号可以被施加到cpu905，该cpu905可以将消息输出到显示装置，从而向电池单元管理系统的操作者警告可能有危害的连接故障。

电压源1225、1235可以具有任何电压。例如，电压源1225可以提供3.3v。电压源1235可以提供5.0v。电流汇1220可以将流过其自身和发光二极管1210的电流限制为任何电流、诸如电流的最小安全水平。例如，电流汇1220可以将电流限制为2ma。电流汇1220可以在电池组190的电压范围上操作，诸如在电池组190的正极端子与负极端子之间的电压范围上操作。在一些实施例中，该范围可以是从大约5v到大约500v。在一些实施例中，电流汇1220可以在超过电池组190的正极端子处电压的电压下操作。

图13是描绘了计算装置的连接故障检测系统的示例性实施例的另一电路图。该实施例包括参照图12所描述的所有组件。另外，在该实施例中，电流汇1220包括电压源1305、第一电阻器1310、第一晶体管1315、第二晶体管1320和第二电阻器1325。电压源1305连接至第一电阻器1310的一个端子。第一电阻器1310的另一个端子连接至第一晶体管1315的栅极和第二晶体管1320的发射极。第一晶体管1315的源极连接至光耦合器1205。第一晶体管1315的漏极连接至第二晶体管1320的基极和第二电阻器1325的一个端子。第二电阻器的另一个端子连接至第二晶体管1320的集电极和电压源1235的负极端子。

在操作中，电流从电压源1305流过第一电阻器1310以启动第一晶体管1315，以使得第一晶体管1315能够导电。当电池单元195的端子连接至地时，电流流过光耦合器1205、第一晶体管1315和第二电阻器1325。在第二电阻器1325两端产生的电压启动第二晶体管1320。当第二晶体管1320导电时，将电流从第一晶体管1315的栅极转移。晶体管1315、1320和电阻器1310、1325达到均衡，以使得恒定电流流过第一晶体管1315。

晶体管1315可以是任何类型的晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)或者npn晶体管。在一些实施例中，2n3904型晶体管用于第二晶体管1320。

图14是描绘了计算装置的电池组电压和电池组电流输入系统的示例性实施例的电路图。电池组190可以在端子1401、1402处连接至系统。作为示例，电阻器1405、1406、1407、1408、1409、1410可以将电池组190的电压从500v划分成2v。电容器1411可以对划分的电压滤波，并且a/d转换器1415可以对电压采样。a/d转换器1415可以将电压传输到计算装置110的处理器、诸如cpu905。光耦合器1420、1421、1422可以在a/d转换器1415与处理器之间创建隔离的通信接口。

分流器两端的电压降可以是端子1430处的输入。运算放大器1435、电阻器1436、1437和电容器1438、1439、1440可以形成放大器以放大该电压降。由于放大器具有固定增益(诸如80)，所以放大的电压可能超过对电压采样的a/d转换器1445的容量。因此，电阻器1447、1448可以形成分压器，该分压器将放大的电压划分成a/d转换器1445能够处理的水平。a/d转换器1445可以对电压采样并且将该电压传输到处理器，该处理器可以基于分流器的值来计算电池组190的电流。a/d转换器1445可以使用与a/d转换器1415相同的通信接口来传输其采样电压。

图15是描绘了计算装置110的中央处理单元905的示例性实施例1500的电路图。电阻器1501至1519、电容器1520至1527、齐纳二极管1530至1532以及逆变器1535至1537决定中央处理单元1550的输入和输出。

图16是描绘了可以与电池管理系统100一起使用的电源的示例性实施例的电路图1600。电源1600可以是降压开关稳压器。组件1601至1616可以操作以产生电压、诸如5v或12v。具体地，组件1612可以是接受由系统的其它组件产生的电压并且输出基本上恒定的3.3v的线性稳压器。

图17是描绘了可以与电池管理系统100一起使用的另一电源的示例性实施例的电路图1700。电源1700可以是隔离电源。组件1701至1708可以充当产生40khz的振荡器。具有绕组1709至1711的变压器可以将由振荡器产生的能量传递到组件1712至1721，该组件1712至1721可以充当正半波整流器和负半波整流器以及分流调节器。整流器和分流调节器可以操作以产生基本上恒定的输出电压。

图18是描绘了与电池管理系统100一起使用的控制器区域网络(can)接口的示例性实施例的电路图。该接口可以用于使计算装置110的cpu905经由can总线与外部装置连接。连接器1801可以附接至计算装置110的组件、诸如cpu板。另一个连接器1880可以附接至连接至外部装置的can总线。计算装置110和外部装置可以使用标准总线协议(诸如串行外围接口(spi)协议)通过该接口通信。在一些实施例中，装置可以使用握手信号、诸如接收器缓冲区满以及中断。

接口芯片1805可以以非隔离模式或隔离模式操作。在非隔离模式下，例如，接口芯片1805与具有从外部can使能装置接收到的数据的总线缓冲器1810通信。在一些实施例中，总线缓冲器1810可以接收来自总线端口1880的数据。接口芯片1805可以向缓冲器1810发送传输信号，由此缓冲器1810将其数据传输到总线端口1880。接口芯片1805可以发送接收信号，由此缓冲器1810将从总线端口获得的数据输出到接口芯片1805。

在隔离模式下，隔离器1815将接口芯片1805的传输信号和接收信号与缓冲器1820隔离。隔离器1815可以是磁性隔离器。隔离的电源1825可以使用来自稳压器1828的电压以向隔离器1815和缓冲器1820供电。在一些实施例中，稳压器1828接收12v的信号并且输出5v的信号。

鉴于本文描述的系统的结构、功能和设备，本公开提供了一种高效且智能的电池管理系统。在已经描述了电池管理系统的某些实施例的情况下，现在对于本领域技术人员将显而易见的是，可以使用包含本公开的内容的其它实施例。因此，本发明不应受限于某些实施例，而是应该涵盖权利要求的精神和范围。

如图19所示，锂电池具有非线性放电曲线。从完全充电的大约5％至80％的放电速率基本上是线性的，但是具有非常小的斜率。因此，难以通过测量电压来估计电池或电池单元的电荷状态。电压上的较小变化可能会导致电荷状态的错误估计。如本文所描述的，电力控制系统可以在电池组被用作输出电源时应该停机之前计算剩余时间。如果计算的值达到80％放电或更高，则电力控制系统、特别是计算装置可以发起电池的停机。

如图20所示，示例性锂电池供电系统10包括电池组12和电力控制系统14。电池组12具有第一电池单元20和第二电池单元20’。电池数据输入通过电池数据输入62向计算装置52提供关于电池单元和在其中配置的电池的状态的数据。计算装置可以通过数据请求输出64请求来自电池监测模块(未示出)的数据。电池组通过电池电力输入40而被耦合至电力控制系统14。ac电力输入42被连接至ac电力线或电缆。在示例性实施例中，电力控制系统将ac电力用作输出电力，除非在输入的ac电力中存在中断或干扰。数据传输系统18被配置为向外部位置(诸如监测站)发送与电池管理系统有关的相关数据。受电装置54在电力输出连接器50处被连接至电力控制系统。电池管理系统100控制电池的充电和放电，并且平衡电池系统以防止电池组内的单独电池的电压之间发生较大变化。放电电路可以用于在电池的电压高于电池组中其它电池的电压时减小该电池的电压。该放电电路可以用作电池加热电路，其中利用电流流动而加热的电阻器或晶体管充当电池的加热器。

如图21所示，示例性电力控制系统14包括多个输入、输出和指示器。在示例性实施例中，电力控制系统被配置在单个外壳15中，从而使电池管理系统的安装变得快速且容易。电池电力输入40被配置为连接至电池组以接收来自所述电池组的电力。电池通/断开关41可以用于在系统需要维护或维修的情况下暂时停用电池电力。也示出了ac电力开关44。电力输出连接器50被配置为向电子装置供电并且可以是任何合适类型的插头。ac电力输入42被配置为耦合至ac电力线或电缆并且也可以包括任何合适类型的插头。ac电力开关被配置为启用或停用ac电力输入。电池数据输入62被配置为耦合至电池监测模块以接收有关电池组、电池单元或单独电池的数据输入。如本文所描述的，电池数据输入可以被配置为容纳数据传输电缆，并且在一些实施例中包括无线信号接收器。远程数据输出连接器80被配置为与电缆或线耦合，诸如电话线、dsl线、光纤线等。而且，远程数据输出连接器可以是被配置为无线地发送数据输出的无线信号发射器。还示出了多个指示器(诸如灯)，即计算装置指示器85、数据接收指示器84、数据传输指示器83和ac输入指示器82。这些指示器可以指示特定功能是当前活动的。

如图22所示，示例性电池组12包括两个电池单元20和20’，每个电池单元都具有四个单独的锂电池21。电池通过跳线27全部串联连接。跳线27’使第一电池单元20与第二电池单元20’连接。电池监测模块30被配置在电池的正极端子28与负极端子29之间。电池监测模块可以包括电压传感器34和/或温度传感器36。模块30上的电路87可以被配置为确定电池的电压状态。模块连接器32以菊花链配置连接电池监测模块。模块连接器32使来自第一电池单元的电池监测模块耦合至第二电池单元上的电池监测模块。电池电力电缆26被配置为向电力控制系统供电。电池模块电缆61被配置为与电池数据输入耦合，如图22所示。

如图23所示，示例性电池管理系统100包括电池组12和电力控制系统14。在该示例性实施例中，仅电池电力电缆使电池组物理地耦合至电力控制系统。来自电池监测模块30的数据被无线地传输到电力控制系统。无线发射器66和无线接收器68在电池组10上耦合并且将电池状态信息传输到控制系统。同样地，控制系统包括分别用于请求电池状态信息和接收电池状态信息的无线发射器66’和无线接收器68’。受电装置54被插入到电力输出连接器50中。ac电力线43与电力控制系统耦合。

如图24所示，示例性自动控制系统1800包括自动控制电路850，该自动控制电路850能够自动控制电池的充电和放电、而不会由于不相关的警报造成断开连接或停机的中断。自动控制系统结合电池管理系统60一起使用，如本文中的任一实施例所描述的。当电池低于下限充电阈值并且准备充电时，电池管理系统向自动控制系统提供欠压输出864信号，并且当电池高于上限充电阈值并且准备放电时，电池管理系统向自动控制系统提供过压输出862信号。电流流动输出866(诸如modbus或等同物)向负载904提供电流的测量，或者提供来自用于充电的电源903或充电电源的电流的测量。微处理器801接收这些输入，并且基于来自电池管理系统60和两个光耦合器(即放电光耦合器806和充电光耦合器807)中的一个光耦合器的这些输入而断开或闭合继电器接触器。光耦合器被设置为反向并联，以使得来自差分放大器的正极性或负极性的充足电压将导通这两个光耦合器中的一个光耦合器。足以导通光耦合器的电压的绝对值可以是1.0v或更高、1.5v或更高、1.75v或更高、2.0v或更高、以及在所提供的值之间(包括所提供的值)的任何范围。由差分放大器产生的电压值取决于并联电阻器的电阻值以及电池的电荷状态与负载或充电电源之间的电位差。

通过具有受控于微处理器801的单个继电器接触器808的继电器883，完成了将电池802与负载904或用于充电的充电电源的隔离。继电器包括单个继电器接触器808和晶体管882。并联电阻器810从输入侧892到输出侧894与继电器接触器并联配置。并联电阻器向差分放大器提供电压电位值。继电器883具有晶体管882，该晶体管882的操作电压是电池的操作电压。继电器接触器的尺寸被设置为满足负载和充电器的要求。假设系统处于静止状态，继电器的继电器接触器808断开。并联电阻器810被配置在继电器接触器两端并且向负载904或充电电源903(诸如充电器)提供电压。如果这些是不活动的，则继电器接触器808的输出侧894和并联电阻器810上的电压与输入的电池电压相同。如果连接负载904，则继电器接触器的输出侧894上的电压会下降。继电器接触器808或并联电阻器从输入侧892到输出侧894的这种差异、或者输入电压与输出电压的这种差异，将由差分放大器805感测并且由放电光耦合器806指示给微处理器801。只要电池不像由电池管理系统60上的欠压输出864所指示的那样放电，微处理器就将经由晶体管809启动继电器接触器。一旦继电器接触器808闭合，输出侧与输入侧之间的电压差就将变为零，并且放电光耦合器806的输出将关断。为了使微处理器能够做出保持继电器接触器闭合的判定，它必须经由电流流动输出(modbus)866或其它类似的通信手段从电池管理系统60读取流入分流器803的电流。如果电流停止流过分流器803，则微处理器将从电池管理系统60上的端口读取该电流并且断开继电器接触器808，从而再一次隔离电池802。

以与上文概述的放电类似的方式完成电池充电。假设系统处于静止状态，继电器接触器808断开。与继电器接触器并联配置的并联电阻器810向差分放大器805提供电压，以使得充电电源903将开始其充电周期。如果充电电源903开始充电，则输出侧894的电压将升到高于电池802的电压。继电器接触器808的输入电压与输出电压的这种差异、或者从输出侧894到输入侧892的继电器接触器两端的电压降的这种差异由差分放大器805感测并且由充电光耦合器807指示给微处理器801。只要电池不像由电池管理系统60上的过压输出所指示的那样充电，微处理器801就将经由晶体管809启动继电器接触器808以闭合。一旦继电器接触器808闭合，输出侧与输入侧之间的电压差就将变为零，并且充电光耦合器807的输出将关断。为了使微处理器801做出保持继电器接触器闭合的判定，它必须经由modbus或其它类似的通信手段从电池管理系统60读取流入分流器的电流。如果电流停止流过分流器803，则微处理器将从电池管理系统60上的端口读取该电流并且断开继电器接触器808，从而再一次隔离电池802。

电池管理系统60具有两种电荷状态输出。过压输出862在为高时指示电池不充电，并且在为低时微处理器801将不允许充电电源903被连接至电池802。欠压输出864在为高时指示电池不放电，并且在为低时微处理器将不允许负载904被连接至电池。通过这种方式，当电池的电荷状态低于下限阈值时，电池可以被充电并且忽略来自电池管理系统的任何欠压信号，并且当电池的电荷状态高于上限阈值时，忽略来自电池管理系统的任何过压信号并且电池可以被放电。误差(诸如电池管理系统读取单独电池芯的电压的能力的故障)将导致电池管理系统60的这两种输出变低，从而信号通知微处理器801不允许通过断开继电器接触器808来对电池802进行任何充电或放电。自动电池控制系统、尤其是电池管理系统可以由隔离电源804供电，该隔离电源804由运行系统的5v电源馈送。

现在参照图25，在示例性实施例中，只要电池单元高于阈值放电值872，电池单元就将被放电，该阈值放电值872在下限阈值870之上偏移。阈值放电值可以被设置为高于下限阈值的某个偏移电压，以防止电池在充电与放电模式之间太频繁地循环。在示例性实施例中，只要电池单元低于阈值充电值876，电池单元就将被充电，该阈值充电值876在上限阈值878之下偏移。然而，要理解的是，阈值放电值和下限阈值可以是基本上相同的值或相同值，并且阈值充电值和上限阈值可以是基本上相同的值或相同值。如图所示，该系统被设计为防止电池的电荷状态进入可能会损坏电池单元的过充电荷状态或欠充电荷状态。

如图26所示，电池管理系统60向微处理器801提供过压输出信号，并且当放电光耦合器806正在向微处理器提供系统处于放电模式的放电模式信号时，忽略过压输出信号并且电池继续放电。然而，当放电光耦合器未提供放电模式信号时，那么断开继电器以将电池与负载和/或充电器隔离。

如图27所示，电池管理系统60向微处理器801提供欠压输出信号，并且当充电光耦合器807正在向微处理器提供系统处于充电模式的充电模式信号时，忽略欠压输出信号并且电池继续充电。然而，当充电光耦合器未提供充电模式信号时，那么断开继电器以将电池与负载和充电器隔离。

如图28所示，示例性自动可充电电池控制模块1900具有单个电力连接器1910。如本文描述的具有自动电池控制电路1930的示例性自动控制系统1800与一个或多个可充电电池1940一起被配置在外壳1902内。示例性自动可充电电池控制模块1900还具有通/断开关1920，使自动可充电电池控制模块1900的安装和操作变得非常容易。电池控制器1924和逆变器1922也可以被配置在外壳1902中。

如图29所示，示例性自动可充电电池控制模块1900包括多个单独可充电电池1940以产生电池组1940。如图所示，当可充电电池是具有3.2v的电压的锂离子电池时，配置十六个可充电电池以产生48伏特的输出。示例性自动可充电电池控制模块1900包括逆变器1922和电池控制器1924。示例性自动可充电电池控制模块1900包括如本文描述的具有自动电池控制电路1930的自动控制系统1800。

如图30所示，示例性自动可充电电池控制模块1900通过可以是dc电力线的单个电力连接线1905而连接至最大功率点跟踪器mppt1970。mppt将自动可充电电池控制模块1900与负载1960、住所1962、电源1950、光伏电池1952耦合。要注意的是，mppt也可以通过电网电力线1963将电网电源与自动可充电电池控制模块1900耦合。示例性mppt具有替代电力连接器1975、负载连接器1976和电池模块连接器1971。要注意的是，仅一根电力连接线1905与自动可充电电池控制模块1900的电源连接器1910连接。通过该单个电力连接线来提供自动可充电电池控制模块1900的负载，并且自动可充电电池控制模块1900通过同一根线来接收电力。自动可充电电池控制模块1900的示例性自动控制系统1800自动地将电池模块从放电模式切换到充电模式，从而消除对不同的电力线和电力线连接器(一个用于充电并且一个用于来自电池模块的电源)的需要。要注意的是，mppt可以包括适当形式的、向负载1960供电的电力变流器1972(诸如dc/ac变流器)，或者负载接口1964。替代电力线1955在替代电力连接器1975处将替代电源1950与mppt1970连接。负载电线1965将负载1960与mppt1970连接。要注意的是，电网电线1963还可以在负载接口1964处与负载1960耦合，并且当替代电源1950不产生电力并且电池组需要充电时，自动可充电电池控制模块1900的电池组可以由电网电力充电。

如图31所示，示例性自动可充电电池控制模块1900被连接至电力控制器1992，该电力控制器1992可以包括用于产生供负载1960(诸如住宅或住所1962)使用的ac电力的逆变器1993。替代电源1950也被连接至电力控制器1982，该电力控制器1982可以是调节来自太阳能面板的电力的太阳能电力控制器。来自光伏电池1952的电力可以取决于光的强度而具有不同电压，并且因此用于太阳能电力的电力控制器1982可以调节负载所需的电压并且可以包括产生ac电力的逆变器。电网电力线1963也与电力控制器1992耦合，该电力控制器1992可以与连接替代电源1950或自动可充电电池控制模块的电力控制器或逆变器电耦合。电力控制器可以控制电力从包括电网电力、替代电源或自动可充电电池控制模块的源的其中一个到负载的流动。在示例性实施例中，电力控制器可以在电价较低的白天期间使用来自替代电源和/或电网的电力，然后在电价更高的晚上期间使用来自自动可充电电池控制模块的电力。同样地，电力控制器可以在电价较低的白天期间利用电网电力和/或来自替代电源的电力来对自动可充电电池控制模块的电池组充电，然后在电价更高的晚上期间使用该存储的电力。

如图32所示，多个示例性自动可充电电池控制模块1900至1900”被堆叠且并联电耦合，并且具有单个连接器1910。单个电力连接线1905将模块堆1901耦合至mppt1970。这种模块化布置使用户能够根据应用的要求增加更多电池存储容量。较小的住所或公寓一天可能仅需要10千瓦时，并且单个自动可充电电池控制模块900可能是足够的。然而，具有更多居民的更大的单个家庭住宅可能需要如图所示的三个自动可充电电池控制模块1900至1900”，以每天提供高达大约30千瓦时。

图33示出包括电池组1942和自动控制系统1800的示例性自动可充电电池控制模块1900的图，该电池组1942具有两个并联集合，每个并联集合具有四个电池1940，该自动控制系统1800具有自动电池控制电路1930，该自动电池控制电路1930自动地从充电模式切换到放电模式并且不需要从一种模式切换到另一种模式的任何手动重置。另外，自动控制系统也监测电池或电池组以及电荷状态，以防止过充或者降到低于电荷状态的下限阈值。感测板1946与每个电池1940耦合并且利用自动控制系统来传达电池的电荷状态。低压断路电路1958在电池组降到低于放电阈值的情况下将电池组1942与负载断开连接，并且如果电池组的电荷状态降到低于临界阈值，则关断自动可充电电池控制模块。包括微处理器801、传感器1936和感测板1946的自动控制系统1800由来自电池组的电力(通常在12v处)供电。这是在电池组上的寄生负载，并且在延长的时间段内没有电力对电池组充电的情况下，电池组可能会降到低于电荷状态的临界阈值，并且可以通过低压断路电路1958关断自动可充电电池控制模块以防止损坏电池。自动控制系统1800包括继电器接触器808，该继电器接触器808具有能够确定充电或放电模式的要求的并联电阻器810，如本文描述以及图24所示。另外，温度传感器1936与电池1940耦合以监测电池的温度。在其中一个电池超过上限阈值的情况下，电池或电池组可以与负载和/或电源断开连接。自动可充电电池控制模块1900具有单个电力连接器910以向负载提供来自电池组的放电电力并且接收从电源到电池组的电力以对电池组充电。自动可充电电池控制模块1900具有通/断开关1920，该通/断开关1920可以是导通和关断模块的任何合适的用户接口。自动可充电电池控制模块1900具有自动电池控制电路1930，如在图24中总体示出的。分流器1944被示出为配置在电池组1942与自动控制系统1800之间。

对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在本发明中进行各种修改、组合和变型。可以以任何合适的方式修改和/或组合本文描述的特定实施例、特征和要素。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改、组合和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。