CN101034816A - 用于非共地总线的保护设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于非共地总线的保护设备。该保护设备包括一个控制器、一个电平移位器、第一组开关和第二组开关。控制器与电平移位器一起控制第一组和第二组开关。在反常情况下至少一组开关关闭，使得非共地总线之间隔离。
Description
技术领域
本发明系关于电子系统，具体为电子系统中总线的保护设备。
背景技术
当今社会，电子系统随着其功能和用途的扩展越来越普及。许多电子系统使用电池组成的电池包供电。电池可以是充电电池，如广为人知的镍镉电池和镍氢电池等碱性电池。近来，在一些高端电子系统中锂离子电池由于表现出高功率密度和稳定的存储能力而更受欢迎。
在电池包应用中，电池包和外部设备的通讯是通过总线来实现的。总线通常为低压总线，例如I2C，SMBus等等。如果电池包的地极跟外部设备的地极直接相连，那么该总线就称为共地总线。在共地总线中，可使用2个P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来控制电池充电和放电。
如果电池包的地极不是与外部设备的地极直接相连，则该总线称为非共地总线。图1所示为当前技术的一个使用共地总线的电池包应用100。电池包应用100包括一个电池包110和一个外部设备150。电池包110由电池111、控制器113和多个开关构成。在此实施例中，开关包括2个N沟道MOSFET 115和117，用于控制电池111的充电和放电回路。外部设备150可以是一个负载或者充电器。电池包110与外部设备150通过低压总线进行通讯。电池包110和外部设备150各自都包括一个嵌入式接口单元(图中未示出)，用于连接总线。因此，该总线也可称为接口总线。
当N沟道MOSFET 115和N沟道MOSFET 117中的任意一个关闭时，外部设备150的地极将不是真正的地极，而电池111真正接地。当N沟道MOSFET 115和117都关闭时，外部设备150的地极也不是真正的地极。因此，外部设备150的地极将悬空。在此情况下，当电池电压VBATT和外部设备150的电压VL或VCHG之间存在电压差时，将会有一个不期望的电流流经总线。图2A为电池包应用100的一种工作模式200A。在此工作模式中，VBATT高于VL或VCHG，将出现一个不期望的电流从电池110流经外部设备150，经过总线到达真正的地极(也就是电池111的地极)。图2B为电池包应用100的另一工作模式200B。在此工作模式中，VBATT小于VL或VCHG，将会有一个不期望的电流从外部设备150流经电池111，经过总线到达外部设备150的地极。上述的额外电流可能导致接口单元完全损毁。
为了避免上述问题，我们使用隔离技术来隔断电池包110和外部设备150之间通过总线进行的连接。图3所示为当前技术的一种光隔离器隔离应用300的简化块图。在此实施例中，隔离电路310用于隔断连接到电池包110的总线和连接到外部设备150的总线。隔离电路310可包括至少一个光隔离器。虽然可以使用隔离技术来实现非共地总线的保护，加入光隔离器却会引起功率损失，并使电池包应用的成本增加。
因此，需要提供一种设备，可对电池包中嵌入的非共地总线提供保护，同时功耗小、成本低。本发明的主旨即在于提供这种设备和方法。
发明内容
本发明的一个实施例是一种用于非共地总线的保护设备。非共地总线包括一个第总线和一个第二总线。该保护设备包括一个控制器、一个电平移位器、第一组开关和第二组开关。控制器与一个电池并联，控制器生成一个第一控制信号和一个第二控制信号。电平移位器连接到电池和控制器。电平移位器接收第一控制信号并生成一个第三控制信号。第一组开关通过第一总线连接到控制器，通过第二总线连接到一个外部组件。第一组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制。第二组开关连接在电池地极和外部组件的地极之间。第二组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制。当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或者全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
本发明的另一实施例为一种用于非共地总线的保护设备。非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线。该保护设备包括一个控制器、一个电平移位器、第一组开关和第二组开关。控制器与一个电池并联，控制器生成一个充电信号、一个放电信号和一个第一控制信号。电平移位器连接到电池和控制器。电平移位器接收第一控制信号并在一个节点生成第二控制信号。第一组开关通过第一总线连接到控制器，并通过第二总线连接到外部组件。第一组开关由来自电平移位器的第二控制信号控制。第二组开关连接在电池的地极和外部组件的地极之间。第二组开关由来自控制器的充电信号和放电信号控制。当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或者全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
本发明的另一实施例为一种用于保护非共地总线的设备。非共地总线包括一个第总线和一个第二总线。该设备包括一个控制器、一个第一电平移位器、一个第一开关、一个第二电平移位器和一个第二开关。控制器与一个电池并联。第一电平移位器也与该电池并联，第一电平移位器与控制器交换信息。第一开关连接在该电池正极和一个节点之间。第一开关由第一电平移位器控制。第二电平移位器与一个外部组件并联。第二开关连接在上述电池的正极和外部组件的地极之间。第二开关由第二电平移位器控制。
本发明的另一实施例为一种用于保护非共地总线的设备。非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线。该设备包括一个控制器、一个第一电平移位器、一个第一低压降(LDO)电路、一个第二电平移位器和一个第二LDO电路。控制器与一个电池并联。第一电平移位器与该电池和控制器相连。第一LDO电路与该电池并联并生成一个第一输出电压，用于给第一电平移位器供电。第二电平移位器与一个外部组件并联。第二电平移位器通过第一总线和第二总线与第一电平移位器通讯。第二LDO电路与外部组件并联。第二LDO电路生成一个第二输出电压，用于给第二电平移位器供电。
本发明的另一实施例为一种电动车。该电动车包括车身、用于驱动车身的电动马达以及用于给电动马达供电的电池设备。该电池设备可保护非共地总线。非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线。该电池设备包括一个电池、一个控制器、一个电平移位器、第一组开关和第二组开关。控制器与一个电池并联，控制器生成一个第一控制信号和一个第二控制信号。电平移位器连接到该电池和控制器。电平移位器接收到第一控制信号并生成一个第三控制信号。第一组开关通过第一总线连接到控制器，通过第二总线连接到电动马达。第一组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制。第二组开关连接在电池的地极和电动马达的地极之间。第二组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制。当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或者全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
本发明的另一实施例为一种用于保护电池应用中的接口总线的方法。该方法的步骤包括检测电池和外部设备的状态，根据检测结果生成一个充电控制信号和一个放电控制信号，将充电控制信号翻译为开关控制信号，在充电和放电模式下通过接口总线在电池和外部设备之间交换信息，充电模式下发生反常情况时由开关控制信号控制关闭多个充电开关以隔离电池和外部设备，放电模式下发生反常情况时由放电控制信号控制关闭多个放电开关以隔离电池和外部设备。
附图说明
结合相应的附图，后文对于典型实施例的详细描述将使得本发明的优点显而易见。
图1为当前技术电池包应用的简化块图；
图2A为图1中电池包应用的一种工作模式(VBATT大于VL或VCHG)的简化示意图；
图2B为图1中电池包应用的另一工作模式(VBATT小于VL或VCHG)的简化示意图；
图3为当前技术使用光隔离器实现隔离的简化块图；
图4为本发明使用2个控制端口控制模拟开关的电池包应用简化示意图；
图5[A-D]为图4中电池包的多种工作模式；
图6为本发明使用一个控制端口控制模拟开关的电池包应用简化示意图；
图7为本发明使用共VPACK+总线的智能电池包应用的简化块图；
图8为本发明使用共VPACK+总线的智能电池包应用的简化块图；
图9为图4中电池包应用的工作流程图。
具体实施方式
图4为本发明使用2个控制端口控制模拟开关的电池包应用400的简化示意图。电池包应用400包括一个电池包410、一个总线保护电路440和一个外部设备150。电池包410还包括一个电池111、一个控制器113、开关115和117以及一个电平切换电路420。在此实施例中，电池包410包括NMOS晶体管115和117，总线保护电路440包括NMOS晶体管442和444。NMOS晶体管442和444为两个控制端口的模拟开关。上述的NMOS晶体管每个都配备一个固有二极管。总线401供控制器113和总线保护电路440之间通讯用，总线403供总线保护电路440和外部设备150之间通讯用。当反常情况发生时，总线保护电路440可保护总线401和403。相比于电池包应用100，电池包应用400还包括电平切换电路420，该电路可驱动总线保护电路440。
电池111连接在PACK+端和GND1端之间。GND1端为真地极。控制器113与电池111并联。控制器113可接收PACK+端的电压，该电压为参考地的电压(即使用地极参考的电压)。控制器113可生成一个放电控制信号来控制NMOS晶体管115和442。控制器113还可生成一个充电控制信号来控制电平切换电路420，使得PACK+端的电压转换为节点421上的一个控制信号。节点421上的控制信号用于控制NMOS晶体管117和444。NMOS晶体管115和117用于控制电池111充电和放电。
电平切换电路420连接在PACK+端和控制器113之间。电平切换电路420由电阻422、PMOS晶体管424和一个由电阻426和428组成的分压器构成。电阻422连接在电池111的正极和控制器113之间。PMOS晶体管424由控制器113控制。电阻422同时还连接在PMOS晶体管424的源端和增益端之间。由充电控制信号控制，电平切换电路420可在节点421输出控制信号，用于控制NMOS晶体管117和444。
保护电路440通过总线401连接到控制器113，通过总线403连接到外部设备150。可关闭NMOS晶体管442和/或444以隔离总线401和403。隔离条件下，NMOS晶体管115和/或NMOS晶体管117也可关闭。因此，总线401和403不共地。简言之，总线401和403在隔离条件下称为非共地总线。
图4中仅使用2个NMOS晶体管115和117来控制电池111充电和放电，本领域技术人员将理解，可使用大于2的任意个NMOS晶体管。与之类似，保护电路440也可由大于2的任意个NMOS晶体管构成。另外，当反常情况发生时，至少要关闭保护电路440中的部分晶体管(开关)以隔断电池111和外部设备150之间的通讯。
图5[A-D]为电池包应用400的多种工作模式。简便起见，图4所示的NMOS晶体管打开或关闭时将省略晶体管本身。当晶体管打开时，图5[A-D]中仅示出其导通状态。当NMOS晶体管关闭时，仅示出其固有二极管用作说明。
图5A为电池包应用400的正常工作模式。正常模式下，电流从PACK+端经过电阻422流至控制器113。控制器113提供的充电控制信号和放电控制信号分别设为低(逻辑0)和高(逻辑1)。于是PMOS晶体管424打开，PACK+端的电压由分压器分压。于是节点421上的控制信号设为高。由该控制信号控制，NMOS晶体管117和444打开。与之类似，NMOS晶体管115和442也同步打开。因此，外部设备150的地极与电池111的地极相连，总线401和403为共地总线。正常模式下，外部设备150为负载时，电池111将给外部设备150供电，控制器113将监测整个放电过程。如果外部设备150为充电器，电池111会充电，控制器113可监测整个充电过程。正常模式下，电池包410可通过总线401和403与外部设备150通讯。
图5B为电池包应用400的一个反常工作模式。当控制器113检测到电池111或外部设备150发生反常情况，例如电流过大或温度过高，控制器113将激活保护电路440。保护电路440被激活后将不会有电流流经电阻422。PMOS晶体管424将关闭，节点421的电压将设为低。NMOS晶体管117和444关闭。由于控制器113提供的放电控制信号也被设为低，NMOS晶体管115和442也同步关闭。在此反常情况下，与NMOS晶体管115和117相连的两个固有二极管背对背连接。与之类似，与NMOS晶体管442和444相连的两个固有二极管也背对背连接。由于NMOS晶体管115和117关闭，外部设备150的地极没有与电池111的地极相连。于是，总线401和403为非共地总线并彼此隔离。在此反常情况下总线保护得以实现。
图5C为电池包应用400的充电模式，外部设备150为充电器。充电模式下，充电器150提供的充电电压可能过高，从而引起过压。控制器113可检测到此情形。由控制器113提供的充电控制信号将设为高，没有电流流经电阻422。于是，节点421上的电压为低，NMOS晶体管117和444关闭。于是充电器150的地极不与电池111的地极相连，总线401和403彼此隔离，从而避免了总线因为过压而损毁。
图5D为电池包应用400的放电模式，外部设备150为负载。放电模式下，负载150可能短路，或者电池无法输出足够的电压给负载150。以上情况控制器113都可实时检测到。检测到上述情况后，放电控制信号将设为低，NMOS晶体管115和442将同步关闭。因此，负载150的地极不与电池111的地极相连，总线401和403为非共地总线。由于NMOS晶体管442关闭，总线401和403彼此隔离，电池111和负载150之间的通讯被阻断。放电模式下总线保护得以实现。
图6为使用一个控制端口控制模拟开关的电池包应用600的简化示意图。图6中的标号与图4类似，简便起见，同一外部设备的类似功能略去不提。以下仪仅描述图6与图4的差异和改进之处。
图6中，电池包应用600包括一个电池包610、一个总线保护电路640和一个外部设备150。电池包610包括一个电平切换电路620。电平切换电路620由一个PMOS晶体管622、电阻624、一个与二极管627串联的电阻626以及一个与二极管629串联的电阻628构成。二极管629的负极连接到电池111的地极，以防止泄漏电流。二极管627的负极与外部设备150的地极相连，以防止另一个泄漏电流。电平切换电路620可控制由NMOS晶体管442和444构成的总线保护电路640。NMOS晶体管442和444为使用一个控制端口的模拟开关，即图中所示节点621。
当电池包610工作时，控制器113可检测电池111和外部设备150的状态。控制器113可生成一个控制信号来控制PMOS晶体管622，可生成一个充电控制信号来控制NMOS晶体管117，还可生成一个放电控制信号来控制NMOS晶体管115。当反常情况发生时，控制器113生成的控制信号将设为高，随之PMOS晶体管622关闭。于是不会有电流流经电阻624。节点621的电压将为低。NMOS晶体管442和444同步关闭。如果电池包应用600处于充电过程，上述反常情况发生时充电信号将设为低。NMOS晶体管117将关闭，外部设备150的地极不与电池111的地极相连。与之类似，如果放电过程中发生反常情况，NMOS晶体管115将关闭，外部设备150的地极不与电池111的地极相连。于是，不论是在充电过程还是放电过程中，总线401和403都为非共地总线。总线401和403的隔离可阻断电池111和外部设备150之间的通讯。因此，使用上述隔离技术也可实现总线保护。
当外部设备150为充电器时，充电器给电池111充电，将会有电流流过电池111到达电池111的地极。二极管629可防止该电流流经电阻628而回到节点621。与之相反，当外部设备150为负载时，电池111给负载供电，将会有电流流经负载150到达负载150的地极。二极管627可防止该电流流经电阻626而回到节点621。
与图4中电池包应用400类似，电池包应用600可使用(2个以上的)任意个NMOS晶体管来控制充电和/或放电过程，也可使用(2个以上的)任意个NMOS晶体管来配置总线保护电路640。而且，图4和图6中的控制器113可以由任何模拟电路、数字电路、集成电路或者上述3者的组合构成来实现上述功能。
图7为使用共VPACK+极的电池包应用700的简化块图。电池包应用700主要包括电池包710、电阻740和一个组件750。总线701和703用于电池包710和组件750之间的通讯。电池包710包括电池111、控制器113、电平切换电路720和一个PMOS晶体管730。电平切换电路720包括缓冲器722和724。控制器113通过一个总线与电平切换电路720交换信息。组件750包括一个外部设备150、一个PMOS晶体管760和一个电平切换电路770。电平切换电路770包括缓冲器772和774。外部设备150通过一个总线与电平切换电路770交换信息。
当外部设备150为充电器时，控制器113可检测到电池111的电量。在充电过程中，控制器113可将反映电池111状态的信息通过一个总线发送给电平切换电路720。缓冲器722接收到该信息并生成一个逻辑0的电压。PMOS晶体管730随之打开，电流流经电阻740到达充电器150的地极。于是节点702上将生成一个驱动缓冲器772的电压。缓冲器772也可将包含在上述电压中的信息传输给充电器150。
与之相反，反映充电器150状态的信息可发送至缓冲器774，缓冲器774可生成一个逻辑0的电压来驱动PMOS晶体管760。电流将流经电阻740，于是节点702上生成一个电压。缓冲器724可将包含在该电压中的信息发送回控制器113。于是，电池111可通过总线701和703与充电器150通讯。
当外部设备150为负载时，控制器113可检测负载150的状态，如检测其是否短路。由于放电过程的通讯与充电过程类似，故略去不表。
如图7所示，总线701和703为非共地总线，且为共VPACK+总线。由于总线701和703与PACK+端的电压差不大，低功率总线701和703得到保护，即使电池包应用700使用较高功率，总线701和703也不会损毁。
图8为使用共VPACK+总线的智能电池包应用800的简化块图。电池包应用800主要包括一个电池包810和一个组件850。总线801和803用于电池包810和组件850之间通讯。电池包810包括一个电池111、一个控制器113、一个LDO电路820和一个电平移位器830。组件850包括外部设备150、LDO电路860和电平移位器870。控制器113可检测电池111的状态，并将反映电池状态的信息通过一个总线发送给电平移位器830。LDO电路820由PACK+端的电压供电，该电压为参考真正地极的电压，LDO电路820输出一个恒定电压给电平移位器830。于是，PACK+端的电压和LDO电路820的输出电压之间的差值为一个相对固定的值。电平移位器830可将上述信息转换为一个电压，该电压信号通过总线801和803发送至电平移位器870。电平移位器870由PACK+端的电压供电，电平移位器870可将该电压通过一个总线发送至外部设备150。在相反方向上，反映外部设备150状态的信息可发送回电池111。于是电池111和外部设备150之间的通讯得以建立。
图8中，总线801和803为非共地总线，但是为共VPACK+总线。由于VPACK+端的电压与总线801和803的电压之间的差值不大，低功率总线801和803得到保护，即使电池包应用800使用较高功率，如充电器150的电压为50伏，总线也不会损毁。
实施例700和800都是用于说明和例证，在不背离发明精神的前提下可以存在修改和变更。另外，为简便起见图7和图8中一些外围组件没有示出。本领域技术人员将理解，加入此类外围组件不背离本发明的发明范围。
上述保护技术可用于高功率的电力系统。举例来说，此高功率电力系统可包括电动自行车、电动摩托车和其它的电动车辆。电动车通常包括一个配备运动机制的车身，包括一个电动马达和一个电池设备。电动马达用于驱动车身。电池设备给电动马达供电，可使用上文提到的任一配置和技术来保护电池设备中的总线。简便起见，在此不再描述电动车的具体工作过程。
图9为电池包应用400的运作流程图。步骤910中，控制器113可检测电池111和外部设备150的状态。步骤920中，控制器113根据步骤910中的检测结果生成充电控制信号和放电控制信号。步骤930中，电平移位器420将充电控制信号翻译为开关控制信号。步骤940中，电池和外部设备在充电和放电模式下通过总线401和403交换信息。步骤950中，在充电模式下当反常情况发生时，开关控制信号控制充电开关117和444关闭，将外部设备150与电池111隔离。步骤960中，在放电模式下发生反常情况时，放电控制信号控制放电开关115和442关闭，将外部设备150与电池111隔离。
实际操作中，电池111在正常模式下可与负载或充电器150通讯。在此模式下，控制器113可将放电控制信号设为高，将充电控制信号设为低。当PMOS晶体管424打开，电平移位器420可在节点421输出逻辑1。所有的NMOS晶体管都将打开。在此模式下，由于保护电路440中所有的NMOS晶体管都关闭，电池包410可通过总线401和403与负载或充电器150通讯，总线401和403为共地总线。
如果电池111和/或负载150发生反常，电平移位器420可激活保护电路440来保护总线401和403。在反常模式下，控制器113可将充电控制信号设为高，将放电控制信号设为低。这样，充电控制信号(高)和放电控制信号(低)可使得所有的NMOS晶体管关闭。在反常模式下，负载150的地极与电池的地极不相连，总线401和403为非共地总线。反常模式下，保护电路440中的NMOS晶体管都将关闭，总线401和403隔离。因此，总线401和403在反常情况下得到保护。
如果外部设备150为充电器，电池111将工作于充电模式。在充电过程中发生反常情况时，控制器113将关闭相关的NMOS晶体管，充电停止。NMOS晶体管117和444在充电过程中关闭。于是总线401和403为非共地总线，由于控制器113和充电器150隔离，总线得到保护。
如果外部设备150为负载，电池111将工作于放电模式。如果在放电过程中发生反常，控制器113将关闭相关NMOS晶体管，放电过程停止。放电过程中NMOS晶体管115和442关闭。于是总线401和403为非共地总线，由于控制器113和负载150隔离，总线得到保护。
在此描述之实施例仅为从可实现本发明的数个实施例中选取的一部分，在此用于例证而非限制。本领域技术人员显然可以理解，在本质上不背离由后附权利要求书所界定的本发明的发明精神和发明范围的前提下，可以存在许多其它的实施例。另外，在此描述和要求的组件可能为单数，在未明确说明仅限于单数的情况下其复数形式同样视为本发明的主张。
Claims (12)
1.一种用于保护非共地总线的设备，非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线，其特征在于，所述设备包括：
一个与电池并联的控制器，该控制器生成一个第一控制信号和一个第二控制信号；
一个与电池和控制器相连的电平移位器，该电平移位器接收第一控制信号并生成第三控制信号；
第一组开关，通过第一总线连接到控制器，通过第二总线连接到外部组件。第一组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制；
第二组开关，连接在电池的地极和外部组件的地极之间，第二组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制；
当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
2.如权利要求1所述之保护设备，其特征在于，所述电平移位器还包括：
一个晶体管，该晶体管具有一个栅极、一个源极和一个漏极，源极与电池的正极相连；
一个电阻，连接在晶体管的栅极和源极之间；
一个电压分压器，连接在晶体管的漏极和外部组件的地极之间，分压器具有一个节点并在该节点生成控制信号。
3.一种用于非共地总线的保护设备，非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线，其特征在于，所述保护设备包括：
一个与电池并联的控制器，该控制器生成一个充电信号、一个放电信号和一个第一控制信号；
一个与电池和控制器相连的电平移位器，该电平移位器接收第一控制信号并在一个节点生成一个第二控制信号；
第一组开关，通过第一总线连接到控制器，通过第二组总线连接到外部组件，第一组开关由电平移位器生成的第二控制信号控制；
第二组开关，连接在电池的地极和外部组件的地极之间，第二组开关由控制器生成的充电信号和放电信号控制；
当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
4.如权利要求3所述之保护设备，其特征在于，所述电平移位器包括：
一个第一二极管，该二极管具有一个正极和一个负极，负极连接到外部组件的地极；
一个第一电阻，连接在第一二极管的正极和上述第一节点之间；
一个第二二极管，该二极管具有一个正极和一个负极，负极连接到电池的地极；
一个第二电阻，连接在第二二极管的正极和上述第一节点之间；
一个第三电阻，连接到上述节点；
一个晶体管，该晶体管具有一个栅极，用于接收来自控制器的第一控制信号，具有一个源极，连接到电池的正极，还具有一个漏极，连接到第三电阻。
5.一种用于保护非共地总线的设备，非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线，其特征在于，所述设备包括：
一个与电池并联的控制器；
一个与电池并联的第一电平移位器，第一电平移位器与控制器交换信息；
一个第一开关，连接到电池的正极，该开关由第一电平移位器控制；
一个与外部组件并联的第二电平移位器；
一个第二开关，连接到电池的正极，该开关由第二电平移位器控制。
6.如权利要求5所述之设备，其特征在于，所述第一和第二电平移位器都包括多个缓冲器。
7.如权利要求5所述之设备，其特征在于，当第一总线和第二总线中的一个打开时，第一电平移位器通过第一总线或第二总线与第二电平移位器通讯。
8.一种用于保护非共地总线的设备，非共地总线包括一个第一总线和一个第二总线，其特征在于，所述设备包括：
一个与电池并联的控制器；
一个连接到电池和控制器的第一电平移位器；
一个与电池并联的第一低压降(LDO)电路，该电路生成一个第一输出电压给第一电平移位器供电；
一个与外部设备并联的第二电平移位器，第二电平移位器通过第一总线和第二总线与第一电平移位器交换信息；
一个与外部设备并联的第二LDO电路，该电路生成一个第二输出电压给第二电平移位器供电。
9.如权利要求8所述之设备，其特征在于，所述第一和第二电平移位器都包括多个缓冲器。
10.一种电动车，其特征在于，包括：
一个车身；
一个用于驱动车身的电动马达；
一个用于给电动马达供电的电池设备，该电池设备可在反常情况下保护非共地总线，非共地总线包括第一总线和第二总线，该电池设备包括：
一个电池；
一个与电池并联的控制器，控制器生成一个第一控制信号和一个第二控制信号；
一个连接到电池和控制器的电平移位器，该电平移位器接收第一控制信号并生成第三控制信号；
第一组开关，通过第一总线连接到控制器，通过第二总线连接到电动马达，第一组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制；
第二组开关，连接在电池的地极和电动马达的地极之间，第二组开关由来自控制器的第二控制信号和来自电平移位器的第三控制信号控制；
当反常情况发生时，第一组开关部分关闭或全部关闭，以隔离第一总线和第二总线。
11.如权利要求10所述之电动车，其特征在于，所述电平移位器包括：
一个晶体管，该晶体管具有一个栅极、一个源极和一个漏极，源极连接到电池的正极；
一个电阻，连接在晶体管的栅极和源极之间；
一个电压分压器，连接在晶体管的漏极和电动马达的地极之间，该分压器具有一个节点并在该节点上生成控制信号。
12.一种用于保护电池应用系统中接口总线的方法，其特征在于，其步骤包括：
检测电池和外部设备的状态；
根据检测的结果在控制器中生成一个充电控制信号和一个放电控制信号；
将充电控制信号翻译成开关控制信号；
在充电和放电模式中通过接口总线在电池和外部设备之间交换信息；
当充电模式下发生反常时由开关控制信号控制关闭多个充电开关以隔离外部设备和电池；
当放电模式下发生反常时由放电控制信号控制关闭多个放电开关以隔离外部设备和电池。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103367820A (zh) * | 2012-04-06 | 2013-10-23 | 株式会社半导体能源研究所 | 保护电路模块及电池组 |
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Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
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| KR102184369B1 (ko) * | 2016-12-09 | 2020-11-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩의 통신 시스템 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
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Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4254227B2 (ja) * | 2002-11-28 | 2009-04-15 | ソニー株式会社 | バッテリーパック |
| JP4186052B2 (ja) * | 2003-03-26 | 2008-11-26 | ミツミ電機株式会社 | 充電制御機能付き電池パック |
| US7737658B2 (en) * | 2003-10-27 | 2010-06-15 | Sony Corporation | Battery packs having a charging mode and a discharging mode |
| TWM248123U (en) * | 2003-12-02 | 2004-10-21 | Chin Hsen Technology Corp | Improved structure of charging battery circuit |
-
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367820A (zh) * | 2012-04-06 | 2013-10-23 | 株式会社半导体能源研究所 | 保护电路模块及电池组 |
| CN103795107A (zh) * | 2012-10-26 | 2014-05-14 | 马克西姆综合产品公司 | 用于电池组应用的低侧nmos保护电路 |
| CN103795107B (zh) * | 2012-10-26 | 2017-09-08 | 马克西姆综合产品公司 | 用于电池组应用的低侧nmos保护电路 |
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