一种多通道电池管理数字控制集成电路及电池管理电路

1.本发明属于电池管理技术领域，具体涉及一种多通道电池管理数字控制集成电路及电池管理电路。


背景技术：

2.锂离子电池以其循环寿命长、价格较低、高能量比、高比功率、无记忆效应等优点逐渐成为广泛使用的新能源，然而锂电池在使用过程中常出现的差异化性能衰减和安全隐患等问题是不可忽视的。因此，在新能源汽车、储能系统、大功率装备等需要大量使用锂离子电池的应用中，要求bms对电池的电压、电流以及温度等信息进行动态的监测，以此来计算电池的状态信息。同时，监测电池的异常信息，对电池提供过压保护、欠压保护、过温保护、过流保护等功能，并根据电池电量对各节电池进行电池均衡以减小电池间的差异化。
3.在电池管理系统的pcb电路实现中可通过独立的微控制单元(microcontroller unit，mcu)芯片或是可编程阵列器件写入控制逻辑从而实现对各电池通道电压、温度、电流监测器件的控制，实现监测通道和电池均衡通道的有效选通；可通过mcu实现对各项数据及异常状态的存储；通过mcu与电池均衡芯片的通信实现电池均衡策略的控制。mcu与每个功能模块单独通信，并在接收到数据后在mcu中进行数据处理。
4.由于mcu要与每个功能模块单独通信，控制复杂、效率低下、易出现误差，同时在电路实现上占据更大面积和更多的连线，增大了成本。同时，需要在mcu上实现数据存储、采集结果校正以及数据计算等多种功能，对mcu的性能的要求更高，又进一步增大了电路成本。


技术实现要素：

5.为了解决相关技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多通道电池管理数字控制集成电路及电池管理电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明提供一种多通道电池管理数字控制集成电路，包括：
7.模拟电路单元，包括主通道、均衡通道和辅助通道；每个通道包含控制开关；每个主通道和每个均衡通道均对应一个电池模块，每个主通道用于采集对应的电池模块的电压数据，每个辅助通道用于采集多通道电池管理数字控制集成电路的外部数据和内部数据；每个均衡通道用于均衡对应的电池模块的电压；
8.稳压单元，用于为数字控制单元提供电源电压；
9.振荡单元，用于为数字控制单元提供时钟信号；
10.数字控制单元，用于根据微控制器的指令生成控制信号；在控制信号为目标通道的转换信号时，根据时钟信号向目标通道的控制开关发送状态切换信号，目标通道为至少一个主通道或辅助通道；在控制信号为目标均衡通道的均衡信号时，根据时钟信号向目标均衡通道发送均衡控制信号；在控制信号为读/写信号时，将读/写信号发送至寄存器单元；将寄存器单元读出的数据发送至微控制单元；
11.目标通道，用于在自身的控制开关根据状态切换信号进行通断状态的切换后，采
集电压数据、外部数据或内部数据；
12.目标均衡通道，用于在自身的控制开关根据均衡控制信号进行通断状态的切换后，对对应的电池模块的电压进行均衡；
13.寄存器单元，用于存储电压数据、外部数据、内部数据和配置数据；根据读/写信号写入微控制器的配置数据或读出存储的数据；根据采集数据确定并存储电池模块的状态信息。
14.本发明具有如下有益技术效果：
15.通过混合信号集成电路设计技术，将多种功能模块的控制单元集成在同一电路中，对多通道监测、电池保护和电池均衡管理等功能进行了统一的集中控制，通过执行mcu的指令，便可进行监测通道和电池均衡通道的有效选通，以及各项数据的采集及电池状态的诊断和存储，不仅电路集成度高，节约了电路面积，降低了布局布线复杂度，节省了系统电路功耗，还缓解了因mcu要与每个功能模块单独通信而造成控制复杂、效率低下、易出现误差的情况，并且，不需要mcu再进行各项数据的存储及电池状态的诊断，降低了对mcu的性能要求，更易于进行电池的管理。
16.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的多通道电池管理数字控制集成电路的一个结构框图；
18.图2为本发明实施例提供的示例性的一种通用形式指令的编码方式示意图；
19.图3为本发明实施例提供的示例性的多通道电池管理数字控制集成电路的另一个结构框图；
20.图4为本发明实施例提供的示例性的电压转换控制单元执行转换信号时的状态流程图；
21.图5为本发明实施例提供的示例性的选通逻辑单元的整体结构图；
22.图6为本发明实施例提供的示例性的“零”电压和“一”电压交替转换策略的开关状态示意图；
23.图7为本发明实施例提供的示例性的“零”电压和“一”电压开关控制的门级逻辑电路图；
24.图8为本发明实施例提供的示例性的均衡通道开关控制的门级逻辑电路图；
25.图9为本发明实施例提供的示例性的多通道电池管理数字控制集成电路的转换控制仿真结果；
26.图10为本发明实施例提供的示例性的电池管理电路的一个结构示意图；
27.图11为本发明实施例提供的示例性的一种地址形式指令的编码方式示意图；
28.图12为本发明实施例提供的示例性的电池管理电路的另一个结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
30.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗
示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
32.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
33.图1是本发明实施例提供的多通道电池管理数字控制集成电路的一个可选的结构框图，如图1所示，该电路包括：
34.模拟电路单元11，包括主通道、均衡通道和辅助通道；每个通道包含控制开关；每个主通道和每个均衡通道均对应一个电池模块，每个主通道用于采集对应的电池模块的电压数据，每个辅助通道用于采集多通道电池管理数字控制集成电路的外部数据和内部数据；每个均衡通道用于均衡对应的电池模块的电压。稳压单元12，用于为数字控制单元提供电源电压。振荡单元13，用于为数字控制单元提供时钟信号。数字控制单元14，用于根据微控制器的指令生成控制信号；在控制信号为目标通道的转换信号时，根据时钟信号向目标通道的控制开关发送状态切换信号，目标通道为至少一个主通道或辅助通道；在控制信号为目标均衡通道的均衡信号时，根据时钟信号向目标均衡通道发送均衡控制信号；在控制信号为读/写信号时，将读/写信号发送至寄存器单元；将寄存器单元读出的数据发送至微控制单元。目标通道，用于在自身的控制开关根据状态切换信号进行通断状态的切换后，采集电压数据、外部数据或内部数据。目标均衡通道，用于在自身的控制开关根据均衡控制信号进行通断状态的切换后，对对应的电池模块的电压进行均衡。寄存器单元15，用于存储电压数据、外部数据、内部数据和配置数据；根据读/写信号写入微控制器的配置数据或读出存储的数据；根据采集数据确定并存储电池模块的状态信息。
35.本发明实施例中，多通道电池管理数字控制集成电路的外部数据可以包括：电池模块的温度和电池模块的电流值。多通道电池管理数字控制集成电路的内部数据可以包括：稳压单元的电源电压和多通道电池管理数字控制集成电路内部的温度。
36.本发明实施例中，配置数据可以包括：(1)转换模式、通用端口方向设置数据(用于改变端口的输出输入功能)、过压欠压保护阈值、均衡时间；(2)均衡通道开关控制数据、均衡使能控制数据、电流检测设置数据、充放电开关控制数据、负载开路检测设置数据和短路检测设置数据；(3)均衡通道占空比。
37.本发明实施例中，稳压单元可以是稳压器，例如，为数字控制单元提供3.3v的电源
电压。振荡单元可以是震荡器，可以为数字控制单元提供工作时的时钟信号。
38.本发明实施例中，模拟电路单元可以包括多路复用器和模数转换器(adc)，数字控制单元可以包括滤波器；其中，多路复用器与电池堆栈(例如，多节电池)连接，用于与adc一起作为主通道、均衡通道和辅助通道，滤波器用于对adc采集的数据进行滤波处理后发送至数字控制单元中相应的单元进行处理。
39.在一些实施例中，数字控制单元14可以包括：接口电路单元141，用于接收微控制器的指令和配置数据。接口电路控制单元142，用于对指令和配置数据分别进行校验；将校验通过的指令发送至指令解码单元，将校验通过的配置数据发送至寄存器单元。指令解码单元143，用于根据校验通过的指令生成对应的控制信号；在控制信号为读信号或写信号时，将读信号或写信号发送至寄存器单元；在控制信号为目标通道的转换信号或目标均衡通道的均衡信号时，将转换信号或均衡信号发送至电压转换控制单元144。电压转换控制单元144，用于在控制信号为目标通道的转换信号时，根据时钟信号向目标通道的控制开关发送状态切换信号，目标通道为至少一个主通道或辅助通道；在控制信号为目标均衡通道的均衡信号时，根据时钟信号向目标均衡通道发送均衡控制信号；在控制信号为读/写信号时，将读/写信号发送至寄存器单元15；目标通道，还用于将电压数据、外部数据和内部数据发送至电压转换控制单元。电压转换控制单元144，还用于将接收到的电压数据、外部数据和内部数据发送至寄存器单元；寄存器单元15，还用于将读出的数据发送至接口电路控制单元；接口电路控制单元142，还用于将寄存器单元读出的数据发送至接口电路单元；接口电路单元141，还用于将寄存器单元读出的数据发送至微控制器。
40.本发明实施例中，如图2所示，指令(控制信号)和数据可以以两个字节(16位)为单位进行传输，之后再传输循环冗余校验(cyclic redundancy check,crc)编码，之后结束数据传输。指令解码单元143可以采用crc对发送的指令或数据进行校验，来确保指令和数据的正确传输，并且，针对数据或指令的校验是对所有数据或所有指令共同计算一个crc编码，通过验证计算出的crc编码与接收到的下一个数据或下一个指令的crc编码是否相同来确定下一个接收的数据或指令是否正确。
41.本发明实施例中，指令解码单元可以存储有指令功能表，根据接收到的指令可以查找功能表中对应的功能，并根据该功能生成对应的控制信号。
42.在一些实施例中，寄存器单元15可以是支持读写的一个或多个寄存器，从而采集的数据以及获得的状态信息存储在同一寄存器中。
43.在一些实施例中，寄存器单元15可以包括：数据只读寄存器单元151，用于存储电压数据、外部数据和内部数据；在控制信号为数据读信号时，将与数据读信号对应的数据发送至数字控制单元。状态只读寄存器单元152，用于存储电池模块的状态信息；在控制信号为状态读信号时，将与状态读信号对应的状态数据发送至数字控制单元；根据校准后的电压数据和配置数据，得到对应的电池模块的电压状态；根据采集数据确定并存储电池模块的状态信息。配置寄存器单元153，用于在控制信号为写信号时，写入配置数据；在接收到状态只读寄存器单元或数字控制单元发送的读信号时，向状态只读寄存器或数字控制单元发送读信号对应的数据。数据只读寄存器单元151，还包括：电池电压只读寄存器单元1511，用于存储主通道采集的电压数据；辅助只读寄存器单元1512，用于存储辅助通道采集的外部数据和内部数据。
44.示例性的，电池电压只读寄存器单元1511可以存储每个主通道的电池电压采集值；辅助只读寄存器单元可以存储温度通道采集值、内部电压通道采集值和电流通道采集值；状态只读寄存器单元152可以根据接收到的电池模块的电压数据确定每个电池模块的过压或欠压状态并存储，根据接收到的采集数据确定当前电池模块是否处于过温保护状态并存储，以及根据接收到的采集值确定各个通道的开关是否处于正常状态，得到开关诊断状态并存储。
45.这里，电池电压只读寄存器单元1511可以包括n个只读寄存器，每个只读寄存器可以对应一个主通道，用于存储该主通道采集的电压数据。辅助只读寄存器单元1512，可以包括m个只读寄存器，每个只读寄存器可以对应一个辅助通道，用于存储该辅助通道采集的数据。配置寄存器单元153可以包括1个或多个支持读与写的寄存器，状态只读寄存器单元152可以包括1个或多个只读寄存器。
46.本发明实施例中，根据微控制器的指令生成的控制信号可以是以下四种信号中的任一种：常规转换信号、导线开路检测转换信号、允许均衡转换信号和导线开路检测且允许均衡转换信号。常规转换信号包括：对全部电池模块的电压进行转换的信号、根据通道地址对对应通道的电池模块的电压进行转换的信号。导线开路检测转换信号用于在进行电池电压转换的同时，对串联的多个电池模块连接的导线开路进行检测。允许均衡转换信号，用于在进行电池电压转换的同时，允许根据配置寄存器中存储的配置数据进行电压均衡。导线开路检测且允许均衡转换信号，用于在进行电池电压转换的同时，对串联的多个电池模块连接的导线开路进行检测，以及允许根据配置寄存器中存储的配置数据进行电压均衡。
47.在一些实施例中，当控制信号是常规转换信号，即控制信号包含目标寄存器地址和通道地址时，数字控制单元14还用于向通道地址中第一个通道地址对应的通道的控制开关发送状态切换信号。第一个通道地址对应的通道，用于根据自身的控制开关的通断状态的两次转换，对应进行两次数据的采集，得到两组采集数据，并将得到的两组采集数据发送至数字控制单元14。数字控制单元14还用于对得到的两组采集数据进行校准，根据目标寄存器地址将校准后的采集数据发送至寄存器单元15中的目标寄存器；之后，向通道地址中的下一个通道地址对应的通道的控制开关继续发送状态切换信号，进行下一个通道地址对应的通道的校准后的电压数据的获得，直至获得转换信号中各个通道地址对应的通道的校准后的采集数据后，将获得的校准后的采集数据发送至目标寄存器。目标寄存器，用于存储接收到的校准后的采集数据，并在接收到的校准后的采集数据为预设种类数据时，根据接收的采集数据确定并存储对应的电池模块的状态信息，并将状态信息和接并存储。
48.这里，控制信号中包含的通道地址可以是全部的主通道的地址和/或全部的辅助通道的地址，还可以是一个或多个主通道的地址和/或一个或多个辅助通道的地址。当通道地址有多个时，这些通道地址可以以一定的顺序排列，从而可以从排列的顺序中确定出第一个通道地址，以及每个通道地址的下一个通道地址。
49.这里，目标寄存器地址可以是通道地址对应的寄存器单元，例如，当通道地址有多个时，目标寄存器地址可以包括多个，每个通道地址对应一个目标寄存器地址，从而该通道地址对应的通道的采集数据可以存储至该目标寄存器地址对应的寄存器单元。
50.这里，预设种类数据可以包括：电池模块的电压数据；对应的，状态信息可以包括每个电池模块的过压或欠压状态、每两个相邻电池模块之间的导线的开路与否状态。这里，
可以通过比较两个相邻的电池模块的电压数据，确定这两个通道之间的导线是否处于开路状态。
51.这里，每一个通道地址对应的通道可以在自身的控制开关的通断状态进行第一次转换后，进行第一次数据的采集，得到一组采集数据，之后，在自身的控制开关的通断状态进行第二次转换时，进行第二次数据的采集，得到另一组采集数据；并且，第一次采集的只是该通道连接的器件的接地端的模拟数据，在第二次采集的是该通道连接的器件的两端的模拟数据。具体的，每个主通道和辅助通道均包含第一控制开关和第二控制开关；状态切换信号用于在第一个预设时间周期内控制当前通道的第一控制开关和第二控制开关均切换至连通状态，同时控制当前通道的上一个通道的第一控制开关和第二控制开关均切换至断开状态，在第二个预设时间周期内控制当前通道的第一控制开关切换至连通状态、第二控制开关切换至断开状态，同时，控制当前通道的上一个通道的第一控制开关切换至断开状态、第二控制开关切换至连通状态；当前通道为当前遍历到的通道地址对应的通道；每一个通道地址对应的通道，还用于在第一个预设时间周期内采集一组数据；在第二个预设时间周期内采集另一组数据。
52.这里，数字控制单元14在对得到的两组采集数据进行校准时，可以将后一组的采集数据减去前一组的采集数据，得到数据差值，之后，再采用经验预设值对该数据差值进行乘/加运算，得到校准后的采集数据。
53.在一些实施例中，转换信号包含第一目标寄存器地址和主通道地址，采集数据为电压数据，状态信息包括电压状态和/或导线的开路与否状态；对应的，第一个主通道地址对应的主通道，用于根据自身的控制开关的通断状态的两次转换，对对应的电池模块的一端电压和两端电压分别测量，得到两组电压数据，并将得到的两组电压数据发送至数字控制单元14。数字控制单元14还用于对得到的两组电压数据进行校准，根据第一目标寄存器地址将校准后的电压数据发送至寄存器单元中的第一目标寄存器单元；之后，向主通道地址中的下一个主通道地址对应的主通道的控制开关继续发送状态切换信号，进行下一个主通道地址对应的主通道对应的校准后的电压数据的获得，直至获得转换信号中各个主通道地址对应的主通道的校准后的电压数据；将获得的校准后的电压数据发送至第一目标寄存器单元。第一目标寄存器单元，用于存储接收到的校准后的电压数据；根据校准后的电压数据和与配置数据，得到对应的电池模块的电压状态并存储。
54.这里，第一目标寄存器单元包括：状态只读寄存器单元和电池电压只读寄存器单元。电池电压只读寄存器单元用于存储接收到的校准后的电压数据，状态只读寄存器单元用于根据校准后的电压数据与配置数据，得到对应的电池模块的电压状态和/或相邻两个电池模块之间的导线的开路与否状态，并将得到的状态进行存储。
55.这里，当状态只读寄存器单元和电池电压只读寄存器单元均包含与主通道数量相同的只读寄存器时，每个电池模块可以对应状态只读寄存器单元中的一个只读寄存器，以及还可以对应电池电压只读寄存器单元中的一个只读寄存器。
56.在一些实施例中，转换信号包含第二目标寄存器地址和辅助通道地址，采集数据为多通道电池管理数字控制集成电路的外部温度数据、内部温度数据和电源电压数据中的至少一种。基于此，第一个辅助通道地址对应的辅助通道，用于根据自身的控制开关的通断状态的两次转换，进行两次数据的采集，对应得到两组采集结果，并将得到的两组采集结果
发送至数字控制单元。数字控制单元14，还用于对得到的两组采集结果进行校准，根据第二目标寄存器地址，将校准后的采集结果发送至寄存器单元的第二目标寄存器单元；向辅助通道地址中的下一个辅助通道地址对应的辅助通道的控制开关继续发送状态切换信号，进行下一个辅助通道地址对应的辅助通道对应的校准后的采集结果的获得，直至获得转换信号中各个辅助通道地址对应的辅助通道的校准后的采集结果；将获得的校准后的采集结果发送至第二目标寄存器单元。第二目标寄存器单元，用于存储校准后的采集结果。
57.这里，辅助通道可以包括温度通道、内部电压通道和电流通道。
58.这里，第二目标寄存器单元为辅助只读寄存器单元。当辅助只读寄存器单元包括与辅助通道的数量相同的只读寄存器时，每个辅助通道对应一个只读寄存器。
59.在一些实施例中，当数字控制单元14未接收到mcu发送的转换指令时，根据配置寄存器发送的转换模式控制信号，向模拟电路单元11发送控制信号，以控制模拟电路单元11关闭模拟功能，以及向振荡单元13发送控制信号，以关闭振荡单元13，此时，只有稳压单元12工作，从而整个电路处于待机模式。而当数字控制单元14接收到mcu发送的转换指令时，向模拟电路单元11发送控制信号，以控制模拟电路单元11开启模拟功能，以及向振荡单元13发送控制信号，以开启振荡单元13，此时，电路进入正常测量模式。
60.以下通过一些示例对本发明提供的多通道电池管理数字控制集成电路进行进一步说明。图3是多通道电池管理数字控制集成电路的另一个结构框图，如图3所示，该电路可以包括：菊花链接口电路、接口电路控制单元、指令解码单元、电压转换控制单元、n个支持读/写操作的配置寄存器、n个支持只读操作的电池电压寄存器、n个支持只读操作的辅助寄存器、n个支持只读操作的状态寄存器、抽取滤波器、包括adc的模拟电路模块(模拟电路单元)。如图3所示，菊花链接口电路，用于基于串行外设接口(serial peripheral interface,spi)协议，接收微控制器的指令(command)和配置数据(data)并将data发送至接口电路控制单元，将command发送至指令解码单元。指令解码单元，用于当根据指令生成写信号(write_cfg_en)时，将write_cfg_en分别发送至配置寄存器和接口电路控制单元，配置寄存器根据write_cfg_en将接口电路控制单元发送的data写入自身，接口电路控制单元判断write_cfg_en是否需要被转发至菊花链接口电路，当不需要时，则不转发。当根据指令生成数据读信号(read_dat_en)时，指令解码单元将read_dat_en分别发送至电池电压寄存器或辅助寄存器和接口电路控制单元，接口电路控制单元判断read_dat_en是否需要被转发至菊花链接口电路，当不需要时，则不转发。电池电压寄存器或辅助寄存器，将read_dat_en指定的寄存器内存储的数据发送至接口电路控制单元，接口电路控制单元将电池电压寄存器或辅助寄存器发送的读出数据发送至菊花链接口电路，菊花链接口电路将接收的读出数据发送至微控制单元。当根据指令生成状态读信号(read_sta_en)或配置数据读信号(read_cfg_en)时，原理同上。当根据指令生成转换信号(convert_en)时，将convert_en发送至电压转换控制单元，电压转换控制单元根据convert_en或配置寄存器发送的转换模式控制信号，从配置寄存器中获取相应的配置数据，并根据配置数据向模拟电路模块发送相应的控制信号(例如，模拟模块使能信号、转换启动控制信号、保护诊断控制信号、均衡开关控制信号、主通道/辅助通道开关控制信号)。模拟电路模块根据相应的信号进行工作，并且当通过adc采集到数据时，将采集的数据发送至抽取滤波器，抽取滤波器对收到的数据进行滤波处理后发送至电压转换控制单元，电压转换控制单元将采集的数据进行校准，并根
据数据对应的数据寄存器地址将校准后需要直接存储的数据直接发送至电池电压寄存器或辅助寄存器进行存储，将与状态有关的数据还发送状态寄存器，由状态寄存器根据配置寄存器中存储的对应的配置数据进行相关的状态识别与存储。
61.需要说明的是，图3所述的多通道电池管理数字控制集成电路还包括振荡器和稳压器，并且，振荡器和稳压器未在图3中示出。
62.在一些实施例中，上述数字控制单元还可以包括自测试序列产生器，该自测试序列产生器可以与振荡器和抽取滤波器分别连接，用于产生测试比特流(相当于模拟出的adc发送的比特流)，以采用测试比特流对多通道电池管理数字控制集成电路中的其他单元的功能进行测试。
63.图4是电压转换控制单元执行转换信号时的状态流程图。当电压转换控制单元接收到转换信号时，首先，在state oscillator initial状态中开始初始化，使电路中各模块使能，震荡器启动，从而为整个转换过程提供时钟信号。同时，根据配置寄存器中的配置信息选定预设的转换时钟频率和转换周期数；之后，转入state command状态，根据转换信号在state battery状态中设置对应的通道地址和寄存器地址；再之后，转入state ready状态，复位计数器，准备控制转换周期计数。在一切准备就绪后，由state zero、state switch1、state read zero，以及state covert、state switch2、state read vol每两组三个状态分别完成2次转换，分别可称为“零”电压转换(零电压转换)和“一”电压转换(一电压转换)。其中，在state zero和state covert状态中控制对应通道的模拟开关(控制开关)切换到对应的“零”电压转换状态和“一”电压转换状态。在state switch1和state switch2状态中，电压转换单元根据在state oscillator initial状态中预先解码得到的转换周期数n，完成转换并在结束后将adc复位。最后，在state read zero和state read vol状态中将n个周期内adc采集的结果存入缓存中。在完成了两次转换后，进入state calibration状态，基于“零”电压转换和“一”电压转换值之差完成对采样值的预校准。同时，转换单元内部通过可配置的预校准经验值完成对预校准值的乘/加运算，实现最终的校准。在得到最终的转换值(校准值)之后，进入state write状态，根据控制信号生成对应数据寄存器地址和使能信号，并将最终的转换值传送到对应的寄存器中存储。之后，在state estimate状态中根据控制信号进行判断，如果不需要切换，则转入state oscillator off状态关闭震荡器，进入待机模式；如果需要切换转换通道继续对下一个通道进行转换，则转入state battery状态重新开始新一轮转换，直至完成对控制信号中最后一个通道地址对应的通道的转换时，转入state oscillator off，关闭震荡器，进入待机模式。
64.具体来说，电压转换单元在state battery状态中产生对应的通道的编码信号，通过控制选通逻辑单元可以得到对应通道的控制开关的使能信号hvmux_ctrl(a/b)。选通逻辑单元通过组合逻辑单元电路来实现具体的功能，在不同使能信号和控制条件的约束下，实现各个通道的选择功能，保证高精度采集策略的有效执行，防止误导通造成的精度误差及短路异常。同时，还在仅接收到对某个通道的转换信号时，负责产生均衡通道控制信号，有效防止均衡与采集同时进行所带来的系统误差。图5展示了选通逻辑单元的整体结构图，如图5所示，选通逻辑单元可以由三部分组成，分别是译码器模块、“零”电压和“一”电压开关生成模块(图5中的0/1开关产生)以及均衡开关控制模块，最终实现对高压开关组(各个通道对应的控制开关)中各开关的控制以及对均衡通道的开关控制。例如，需要测量的电池
单元通道(主通道)数目可以为16通道，额外增加的辅助通用i/o输入通道(辅助通道)数目可以为10通道，并且，辅助通道主要用于对电路外部的额外测量需求提供单端测试，以及芯片内部的一些状态信息的测试，例如，外部单端电压、外部温度、内部温度、内部电压等测量端口。为了满足上述通道的选通控制要求，可以设置二进制编码从00000至11010，分别对应27个开关控制信号，所有开关控制信号只有在电压转换控制单元发送的高压开关使能(hvmux_en)为高时才可产生；其中，如图5所示，当向译码器中输入数字信号、开关信号、待编码信号和高压开关使能信号时，译码器便可产生上述的从00000至11010的二进制编码，其中，0/1开关产生模块可以根据电池单元通道的二进制编码和电压转换控制单元发送的0/1开关切换控制信号(short_en)，生成对应的电池单元通道开关(控制)信号。均衡开关控制模块可以根据均衡通道对应的二进制编码和电压转换控制单元发送的通道使能信号和均衡使能信号，产生对应均衡通道的均衡通道开关(控制)信号。
65.在状态转移中，为了保障采集精度对于每一个开关的选通过程，均采用“零”电压转换和“一”电压转换两次采集的策略。即通过2组开关交错打开，先对同一电池单元(电池模块)的一端进行采集，采集得到“零”电压下的误差电压，之后切换开关，对该电池单元的正负端进行采集，最终对采集到的2次结果进行差值校正和校准，得到最终的电池电压采集结果。采集策略(转换策略)及开关状态的示意图如图6所示，图6中的采零电压可以表示当对通道2的一端电压进行采集时，通道2的控制开关均闭合，通道1的控制开关均断开，得到voutp端的电压值；采电池电压表示当对通道2的正负端电压进行采集时，通道2的第一个控制开关闭合、第二个控制开关断开，同时，通道1的第一个控制开关断开、第二个控制开关闭合，得到voutp和voutn这两端的电压值。基于这样的采集策略，根据各个通道的控制开关的控制信号完成对应的控制开关的选通过程。图7中展示了“零”电压和“一”电压开关控制逻辑结构图，生成的开关控制信号直接用于对应通道的高压开关组单元(控制开关)的控制。除最低通道以外，每个通道对应1组(2个)开关，因此，针对16个通道的控制开关的控制信号可分为2组，其中，a组为hvmux_ctrla1～hvmux_ctrla16，b组为hvmux_ctrlb1～hvmux_ctrlb16。在图7中，short_en信号是用于控制开关选通的使能信号，用于切换采零模式还是采一模式。以图7中虚线框所示的通道2为例描述采集过程，当short_en为高时，先采集零电压，只有hvmux_ctrla2和hvmux_ctrlb2信号皆为高，通道2对应开关组中的两个控制开关会同时闭合，通道1以及其他14个通道对应开关组中的两个控制开关是同时断开的(如图6所示的采零电压)，高压开关组将该通道的固有误差电压(即采集“零”电压)传递给adc进行采样。在经过一定的采样时间(例如，图4中的转换周期数n)后，完成“零”电压采集，并切换short_en为低，此时，得到hvmux_ctrla2和hvmux_ctrlb1信号为高，通道2对应开关组中的控制开关a闭合且通道1对应开关组中的控制开关b闭合，其他14个通道对应开关组中的两个控制开关是同时断开的(如图6所示的采零电压)，高压开关组则开始将通道2的电池单元电压(即采集“一”电压)传递给adc进行采样。同样经过相同的采集时间后，完成“一”电压采集，将采集得到的电池单元电压减去测得的固有误差电压，得到预校准的采集结果，之后，采用预设经验值对预校准结果继续进行校准，最终得到校准后的采集结果。以此类推，其余15个通道均采用类似的测量策略，在选通控制逻辑单元的作用下，实现通道开关切换。除了16组对应串联电池的通道开关以外，其余10路辅助通用测量通道均采用共地的单端测量模式，在采样过程中同样采用“零”电压转换和“一”电压转换两次采集的策略。
66.上述的选通逻辑单元除了负责27个通道的开关控制，还可根据通道的打开情况对均衡通道的开启进行控制。同样，当有16个电池单元测量通道(16个主通道)时，还对应有16个均衡通道，以及模拟电路模块中还包括均衡控制电路。其中，每个均衡通道的开关由数字控制电路中的配置寄存器、允许均衡转换信号和电池单元的欠压或过压状态共同控制。当仅接收到对某个电池单元测量通道的转换信号，且当前正在对该通道进行均衡或当前正在对该通道的相邻通道进行均衡时，为了避免在采集电压的同时进行电压均衡，选通逻辑单元可以通过或非门限制均衡通道开关，以控制该均衡通道关闭。以均衡通道2为例，逻辑如图8所示，只有在电池单元测量通道1、2和3的控制开关均关闭(hvmux_ctrla1、hvmux_ctrla2、hvmux_ctrla3分别对应电池单元测量通道1、2和3的控制开关均断开，表示关闭对通道1、2和3转换)时，均衡通道2的开关才由电压转换控制单元传来的控制信号(cb_ctrl2)控制开启(cb_sw2可以使均衡通道2的开关处于闭合状态)，以允许进行通道2的均衡。一旦电池转换通道2或电池转换通道2的相邻通道1、3开启，关闭均衡通道2的均衡控制。
67.图9是本发明提供的多通道电池管理数字控制集成电路进行转换控制的相关仿真结果，如图9所示，整个转换过程在数字控制的控制下有序进行。从仿真结果中可以看到，在对电压单元测量通道1～12的电压数据的采集过程中，在进行单个电池单元转换(单个电池模块的电压采集)时，状态机依照正常的流程进行状态更迭。而完成一个电池模块转换后，多通道的电池转换依次进行，并将转换完成的数据存储在电池电压寄存器中。
68.此外，本发明还提供一种电池管理电路，该电路包括：微控制单元和多个控制集成芯片。每个控制集成芯片上集成有上述的多通道电池管理数字控制集成电路；每个控制集成芯片通过数字控制单元与微控制单元总线连接；不同的控制集成芯片对应的地址不同。
69.示例性的，图10为电池管理电路的一个结构示意图，如图10所示，该电池管理电路可以包括多个控制集成芯片，每个控制集成芯片通过自身的菊花链接口电路(用于进行数据的上传/下载)，采用总线方式与mcu连接通信，例如，通过自身的scs端口、sclk端口、sdi端口和sdo端口与总线连接，并且，每个控制集成芯片还通过模拟电路模块与多个电池模块连接。总线上每个不同的器件具有不同的地址，只有被寻址的器件才会对指令作出响应。mcu可以通过图11所示的地址形式指令(即在图2所示的通用形式指令之前额外增加32位的地址数据)与各个控制集成芯片通信，确保在芯片的地址级联模式中对不同地址的芯片传输对应的指令和数据。
70.本发明还提供一种电池管理电路，该电路包括：微控制单元和多个控制集成芯片。每个控制集成芯片上集成有上述的多通道电池管理数字控制集成电路；多个控制集成芯片通过自身的数字控制电路单元，以菊花链连接方式连接，从而形成多级芯片，并且，每个控制集成芯片为多级中的一级；多级芯片中的第一级芯片通过自身的数字控制单元与微控制单元连接。数字控制单元，还用于在接收到微控制单元发送的指令和配置数据，或者，接收到自身所在芯片的下一级芯片转发的微控制单元的指令和配置数据时，将微控制单元的指令和配置数据转发至自身的上一级芯片；接收自身所在芯片的上一级芯片发送的读出数据，并将上一级芯片发送的读出数据发送至自身所在芯片的下一级芯片，以及将自身所在芯片的读出数据发送至下一级芯片。
71.示例性的，图12为电池管理电路的另一个结构示意图，如图12所示，该电池管理电路可以包括多个控制集成芯片，每个控制集成芯片通过模拟电路模块与多个电池模块连
接。该多个芯片中不同的控制集成芯片通过自身的菊花链接口电路(进行数据的上传/下载)以菊花链连接方式连接，形成多级芯片；与mcu连接的控制集成芯片可以是低压芯片，并且，是级联形成的多级芯片中的第一级芯片，第一级芯片可以采用图2所示的通用指令形式与mcu进行通信，以及各个控制集成芯片之间同样可以采用图2所示的通用指令形式进行通信。当第一级芯片通过自身的菊花链接口电路接收到mcu发送的指令和配置数据时，可以将mcu的指令和配置数据发送至第二级芯片的菊花链接口电路，第二级芯片对接收到的mcu的指令和配置数据进行相应的处理，同时，通过自身的菊花链接口电路将接收到的mcu的指令和配置数据继续发送至第三级芯片的菊花链接口电路，如此，直至将mcu的指令和配置数据发送至最后一级芯片。以及，当最后一级芯片从自身的寄存器中读出了数据时，可以将读出数据发送至自身的下一级芯片，该下一级芯片可以将该最后一级芯片的读出数据发送至自身的下一级芯片，以及，当该下一级芯片从自身的寄存器中读出了数据时，将自身的读出数据也发送至自身的下一级芯片，如此，直至传送至第一级芯片时，由第一级芯片传送至mcu。
72.本发明针对芯片的不同级联方式和各种功能需求，设计了不同类型的指令形式。同时，根据功能设计写寄存器指令、读寄存器指令、转换指令三大类指令和不同功能的寄存器；设计了完整的电压转换控制流程数字电路来实现对一次转换中各个环节的精确控制，期间设计了“零”电压和“一”电压交替转换的策略，在转换过程中实现了对单通道的校正，以及通过可配置的预校准值实现对采集结果的修调，并且，该转换流程可根据需要转换的通道数目进行复用；在转换流程中的开关切换状态中，提出通过选通逻辑单元来实现对应电池电压通道的选通和电池均衡通道的控制逻辑。总之，本发明基于多通道电池堆栈监测芯片，集成了多种控制功能，实现了对开关选通、电池均衡使能、异常信息及数据存储、转换全流程等功能的一体化控制，提高了芯片集成度，降低了bms设计复杂度，降低了芯片整体功耗，节约了成本。
73.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。