CN101604858B - 电源管理系统、电池盒以及电源管理方法 - Google Patents

电源管理系统、电池盒以及电源管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电源管理系统、电池盒以及电源管理方法，该电源管理方法包括接收指示适配器的最大适配功率的功率识别信号；以及由电池盒根据所述电池盒的状态以及由所述适配器供电的系统负载的状态来产生控制信号以调节所述适配器的输出功率。采用本发明的电源管理系统、电池盒以及电源管理方法能在适配器输出功率达到最大适配功率时，系统负载仍然可以正常工作。

Description

电源管理系统、电池盒以及电源管理方法
技术领域
本发明是关于一种电源管理系统，尤其是关于一种可控制适配器输出的电源管理系统。
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的功能可由适配器102、脉宽调制控制器108、充电控制器110和电池组104内的电池保护电路(未显示在图1中)来实现。适配器102可输出一个固定电压。通过充电器106(如图1所示的脉宽调制控制器108和充电控制器110)对模块112中的电源开关和降压转换器进行控制，模块112可将来自于适配器102的输出电压转化为较低的电压，并将该较低的电压传输给电池组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(充电控制器210)根据电池组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也需要额外开关212来控制电池组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。
除此之外，由于电池失衡现象(例如，该电池组内电池单元之间有着不同的电压/容量)，在某些电池单元未被充满的情况下，另外有些电池单元却可能出现过充现象。在传统的充电电路中，电池平衡电路可用来缓解这种电池不均匀的问题。然而，只有在某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。由于平衡时间的有限性，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，其准确度并不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电源管理系统、电池盒以及方法，以在对电池盒充电的同时，调节流入系统负载的功率使得该系统负载正常工作。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电源管理系统，其包括适配器，用于对电池盒充电和对系统负载供电，产生指示最大适配功率的功率识别信号，并且接收控制信号；以及所述电池盒内的电池控制器，用于接收所述功率识别信号，并且根据所述电池盒的状态以及所述系统负载的状态来产生所述控制信号以调节所述适配器的输出功率。
本发明所述的电源管理系统，所述电池盒的状态包括所述电池盒充电电流的水平。
本发明所述的电源管理系统，所述电池盒的状态包括所述电池盒内多个电池单元中每个电池单元的状态。
本发明所述的电源管理系统，所述电池控制器接收指示所述适配器输出电流的监测信号。
本发明所述的电源管理系统，所述电池控制器根据所述监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
本发明所述的电源管理系统，所述适配器包括脉宽调制信号发生器，用于产生脉宽调制信号，其中所述脉宽调制信号的占空比由所述控制信号来控制。
本发明所述的电源管理系统，所述电池盒包括监控电路，用于监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元，并且产生指示每个电池单元状态的监测信号给所述电池控制器。
本发明所述的电源管理系统，所述控制信号包括模拟控制信号。
本发明所述的电源管理系统，所述控制信号包括数字控制信号。
本发明所述的电源管理系统，所述功率识别信号和所述控制信号由单总线传递。
本发明所述的电源管理系统，所述电源管理系统还包括连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关，其中，如果所述适配器出现异常现象，所述电池控制器产生信号以断开所述开关。
本发明还提供了一种电池盒，其包括监控电路，用于监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元，并且产生指示每个电池单元状态的监测信号；以及连接至所述监控电路的电池控制器，用于接收指示适配器的最大适配功率的功率识别信号，并且根据所述电池盒的状态以及由所述适配器供电的系统负载的状态来产生控制信号以控制所述适配器的输出功率。
本发明所述的电池盒，所述电池盒的状态包括所述电池盒充电电流的水平。
本发明所述的电池盒，所述电池盒的状态包括所述多个电池单元中每个电池单元的状态。
本发明所述的电池盒，所述电池控制器接收指示所述适配器输出电流的适配器监测信号。
本发明所述的电池盒，所述电池控制器还根据所述适配器监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
本发明所述的电池盒，所述控制信号包括模拟控制信号。
本发明所述的电池盒，所述控制信号包括数字控制信号。
本发明所述的电池盒，所述功率识别信号和所述控制信号由单总线传递。
本发明所述的电池盒，如果所述适配器出现异常现象，所述电池控制器产生信号以断开连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关。
本发明还提供了一种电源管理方法，包括接收指示适配器的最大适配功率的功率识别信号；以及由电池盒根据所述电池盒的状态以及由所述适配器供电的系统负载的状态来产生控制信号以调节所述适配器的输出功率。
本发明所述的电源管理方法，还包括：接收指示所述适配器输出电流的监测信号。
本发明所述的电源管理方法，还包括：根据所述监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
本发明所述的电源管理方法，还包括：监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元；以及产生指示每个电池单元状态的监测信号。
本发明所述的电源管理方法，还包括：由连接在所述适配器和所述电池盒之间的单总线传递所述功率识别信号和所述控制信号。
本发明所述的电源管理方法，还包括：如果所述适配器出现异常现象，断开连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关。
本发明所述的电源管理方法，所述电池盒的状态包括所述电池盒充电电流的水平。
本发明所述的电源管理方法，所述电池盒的状态包括所述多个电池单元中每个电池单元的状态。
与现有技术相比，本发明的电源管理系统、电池盒以及方法根据适配器的最大适配功率、电池盒的状态以及系统负载的状态来调节适配器的输出功率或者电池盒的充电功率，从而使得系统负载可以正常工作。
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。
附图说明
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所示为一种传统的电池充电电路的示意图；
图2所示为另一种传统的电池充电电路的示意图；
图3所示为本发明提供的一实施例中一种电池管理系统的示意图；
图4所示为本发明提供的一实施例中一种电池管理系统的示意图；
图5所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的方法流程图；
图6所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的另一种方法流程图；
图7所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的另一种方法流程图；
图8所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的一种方法流程图；
图9所示为本发明提供的一实施例中一种电源管理系统的示意图；
图10所示为根据本发明提供的一实施例的电池控制器执行的一种方法流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述，但应理解这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明意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，为了提供一个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，以便于凸显本发明的主旨。
在一个实施例中，本发明提供了一种带有可控制适配器输出的电池管理系统。在本实施例中，电池管理系统可根据单个电池的状态(例如，电池电压、电池电流、电池温度或电池容量)来调节所述适配器的输出(例如，适配器输出功率、适配器输出电压或适配器输出电流)。其中，这种适配器输出的调节可由集成在电池盒中的控制电路来实现。这样既可节省空间，也可减少成本。因此，本发明中的电池管理系统可根据单个电池的状态来启动多种充电模式(例如，标准恒流充电模式、小恒流充电模式、标准恒压充电模式或小恒压充电模式)。在一个实施例中，当电池盒出现异常现象(例如，电池过压、电池过流或者电池过充)，或者电池盒中的所有电池被充满时，该电池盒充电过程可被终止，这样任何不期望的状况将被避免。
图3所示为本发明提供的一实施例中一种电池管理系统300的示意图。电池管理系统300包括可对电池盒304充电的适配器302(例如一可控适配器)，其中，电池盒304包括多个电池单元310_1-310_N。
控制电路320可用于监控电池盒304，并且产生一个用于控制适配器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可用于根据电池盒304中多个电池单元310_1-310_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)来产生控制信号350。与控制电路320连接的适配器302可对电池盒304进行充电。有利的是，可以通过控制信号350来调节适配器302输出端340的输出功率。
在本实施例中，控制电路320被集成到电池盒304内。因此，电池盒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的输出功率。因此，外部控制芯片(例如，充电控制器)和外部电源开关可被省去。
在本实施例中，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n的预设最大值，数字n则代表各种恒流充电模式)、标准恒压充电模式CVm(m＝0)、小恒压充电模式CVm(m＝1，2，...，max’，其中max’是数字m的预设最大值，数字m则代表各种恒压充电模式)以及充电终止模式。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。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，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I0时，标准恒流充电模式CC0可被启动。此时，电池盒304由恒定充电电流I0进行充电。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。此时，电池盒304由该恒定充电电流In(n＝1，2，...，max)进行充电。在一个实施例中，I0＞I1＞I2＞...＞Imax。
同理，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V0时，标准恒压充电模式CV0可被启动。此时，电池盒304由恒定充电电压V0进行充电。当控制信号350控制适配器302在其输出端340提供小恒定充电电压Vm(m＝1，2，...，max’)时，小恒压充电模式CVm(m＝1，2，...，max’)可被启动。此时，电池盒304由恒定充电电压Vm(m＝1，2，...，max’)进行充电。在一个实施例中，V0＞V1＞V2＞...＞Vmax’。
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(CC0，CC1，...CCmax和CV0，CV1，...，CVmax’)，电池盒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，电池盒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(CC0，CC1，...CCmax和CV0，CV1，...，CVmax’)。在另一个实施例中，控制电路320也可设置在电池盒304的外部，用于监控电池盒304的状态(例如，电池盒电压和电池盒电流)，并产生控制信号，以启动多种充电模式(CC0，CC1，...CCmax和CV0，CV1，...，CVmax’)。
图4所示为本发明提供的一实施例中一种电池管理系统400的示意图。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，电池盒304包括了三个电池单元310_1、310_2和310_3。
图4中，监控电路424(例如，容量计量电路)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)。在本实施例中，监控电路424监控每个电池单元310_1-310_3，并产生指示这些电池单元310_1-310_3状态的监测信号。
举例来说，监控电路424监测电池单元310_1-310_3的电压，并且产生分别指示这些电压的监测信号490_1-490_3。由于所有电池单元310_1-310_3上的电流相同，因此监控电路424可通过感应电阻470来监控该电流，并且产生指示该电流的监测信号492。另外，监控电路424也可通过温度传感器472来监控电池温度，并且产生指示该电池温度的监测信号494。在一个实施例中，该监控电路424还可监控电池单元310_1-310_3的容量，并且产生分别指示电池单元310_1-310_3容量的监测信号(图中未示出)。
有利的是，与监控电路424连接的指令转换器426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，集成到电池盒304中的指令转换器426可用于产生基于每个电池单元状态来控制适配器302输出功率的控制信号350。因此，可以根据这些电池单元的状态启动不同的充电模式。在一个实施例中，所述指令转换器426也可被设置在电池盒304外部。指令转换器426可以通过连接在指令转换器426与电池盒304之间的串行总线来接收监测信号490_1-490_3、492和494。比如说，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426可由处理器(例如，微处理器)或者状态机来实现。指令转换器426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(m＝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。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。比如说，如果需要根据电池单元状态来启动标准恒流充电模式(CC0)，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I0。
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)，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。
此外，指令转换器426还控制电池盒304内的充电开关430和放电开关432。当充电开关430被断开时，电池充电过程将被终止。当电池盒304对系统负载(图中未示出)供电时，放电开关432会被接通。
为了改善电池单元310_1-310_3的性能，电池盒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428可设置在监控电路424内部，也可设置在监控电路424外部。为了减少流经失衡电池单元的电流，电池平衡电路428可在失衡电池单元上分流出一个漏电流(旁路电流)。如电池平衡电路428所示，当开关410_1被接通时，电池单元310_1可被分流出一个漏电流。当开关410_2被接通时，电池单元310_2可被分流出一个漏电流。当开关410_3被接通时，电池单元310_3可被分流出一个漏电流。这些开关410_1-410_3可由监控电路424或者指令转换器426控制。所述电池平衡电路428可由监控电路424或者指令转换器426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，当某个电池单元电压比其他电池单元电压高出一个值时，如果这个高出值超过一个预设值ΔV，则该电池单元处于失衡状态。在另一个实施例中，当某个电池单元电压超过一个阈值电压Vbalance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(电池单元电压对时间的导数)超过一个预设电压变化率(dV/dt)th时，则该电池单元处于失衡状态。在另一个实施例中，当某个电池单元容量与其他电池单元容量相差一个值，如果这个相差值超过一个预设值ΔC，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)对电池盒304充电。因此，电池平衡电路428需要较长的电池平衡时间，才能将所有电池单元充满。
图5所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的方法流程图500。在本实施例中，可对指令转换器426进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图500的方式运作。更具体地说，流程图500阐明了指令转换器426如何通过不同的电池单元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，电池管理系统首先以标准恒流充电模式CC0对电池盒304充电。在一个实施例中，如果出现电池失衡现象，电池管理系统则以小恒流充电模式CCn(n＝1，2，...，max)对电池盒304充电。在一个实施例中，如果电池盒304的电池单元最高电压(例如，电池单元310_1的电压为3.8V，电池单元310_2的电压为3.9V，电池单元310_3的电压为4.05V，那么该电池单元最高电压为4.05V)大于一个预设电压V1(例如，锂电池单元的3.9V)，电池管理系统则执行失衡检查，看是否出现电池失衡情况。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428在失衡的电池单元上分流出漏电流，还对电池盒304的充电电流进行调节(例如，减少充电电流)。如果电池盒304的电池单元平均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CV0)对电池盒304充电。另外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盒304充电，并且将象征不同恒流充电模式的数字n初始化为0。在步骤504中，恒流充电模式CCn由该控制信号350启动。比如说，当n设为0时，标准恒流充电模式CC0将被启动。当n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。步骤506则是系统执行的保护检查，比如说，指令转换器426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中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。因此，指令转换器426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，该流程将转到步骤508中。
在步骤508中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元平均电压与预设电压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CV0)。如果电池盒304的电池单元平均电压大于预设电压V2，即可以通过恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电，那么该流程将转到步骤524中。
在步骤524中，恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)由控制信号350启动。步骤526是系统执行的保护检查(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中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。否则，该流程将转到步骤528中。
在步骤528中，如果电池盒304中的所有电池单元都被充满，该流程将转到步骤530中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。否则，该流程将返回到步骤524中继续以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电。指令转换器426接收来自监控电路424的监测信号，以确定所有的电池单元是否被充满。
在步骤508中，如果电池盒304的电池单元平均电压小于所述预设电压V2，即可以通过标准恒流/小恒流充电模式对电池盒304充电，那么该流程将转到步骤510中。
在步骤510中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元最高电压与预设电压V1(例如，单体锂电池的3.9V)进行比较，以确定是否执行电池失衡检查。如果该电池单元最高电压大于预设电压V1，系统将执行电池失衡检查，该流程将转到步骤512中。如果电池单元最高电压小于预设电压V1，该流程将返回到步骤504中。前面已经对步骤504以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。
在步骤512中，系统执行失衡检查。如果无异常现象出现，该流程将返回到步骤504中。如果检查出任何异常现象，在失衡的电池单元上将会分流出一个漏电流(此步骤未被显示在流程图500中)，且该流程将转到步骤514中。
在步骤514中，计时器开始计时。在步骤516中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元平均电压与一个预设电压V2进行比较(类似于步骤508)，以确定是否启动一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。如果电池盒304的电池单元平均电压大于预设电压V2，即可以通过恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电，那么该流程将转到步骤524中。前面已经对步骤524以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。
在步骤516中，如果电池盒304的电池单元平均电压小于预设电压V2，即可以通过标准恒流/小恒流充电模式对电池盒304充电，那么该流程将转到步骤518中。在步骤518中，如果所述计时器超时(例如，该计时器运行超过一个预设时间时)，该流程将转到步骤520中。如果该计时器尚未超时，该流程则返回到步骤516中。
在步骤520中，可以利用指令控制器426将数字n与预设最大值max进行比较。如果n等于预设最大值max，该流程将返回到步骤504中继续运行小恒流充电模式CCmax。否则，该流程将转到步骤522中。在步骤522中，数字n自加1，然后该流程返回到步骤504中。前面已经对步骤504以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。
图6所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的另一种方法流程图600。在本实施例中，可对指令转换器426进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图600的方式运作。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，该电池管理系统首先以标准恒流充电模式CC0对电池盒304充电。在一个实施例中，如果出现电池失衡现象，该电池管理系统则以小恒流充电模式CCn(n＝1，2，...，max)对电池盒304充电。如果电池盒304的电池单元平均电压大于预设电压V2(例如，单体锂电池的4.2V)，电池管理系统则以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电。如果电池盒304的电池单元最高电压大于预设电压V3，并且电池盒304的电池单元平均电压小于预设电压V2，该电池管理系统则将恒流充电模式CCn改为恒流充电模式CCn+1，以减少对电池盒304的充电电流以及执行对电池盒304的过压保护。在一个实施例中，该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盒304充电，并且将象征不同恒流充电模式的数字n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。比如说，当n被设为0时，标准恒流充电模式CC0将被启动。当n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。步骤606为系统执行的保护检查。比如说，指令转换器426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636中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。因此，指令转换器426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，该流程将转到步骤608中。
在步骤608中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元最高电压与预设电压V3进行比较，以检测是否出现电池过压现象。如果该电池单元最高电压大于该预设电压V3(表示出现电池过压现象)，该流程将转到步骤614中。在步骤614中，数字n自加1。然后该流程转到步骤624中，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。如果该电池单元最高电压小于预设电压V3(表示没有出现电池过压现象)，该流程将转到步骤610中。
在步骤610中，系统执行失衡检查。如果无失衡现象出现，该流程将转到步骤624中以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。如果检查出现电池失衡现象，在失衡的电池单元上将会分流出一个漏电流(此步骤未被显示在流程图600中)，且该流程将转到步骤615中。
在步骤615中，计时器开始计时。在步骤616中，如果该计时器超时，该流程将转到步骤618中，从而数字n自加1。然后该流程将转到步骤624中，以确定是否启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。
在步骤624中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元平均电压与预设电压V2进行比较，以确定是否启动恒压充电模式。如果该电池单元平均电压小于预设电压V2，该流程将返回到步骤604中。前面已经对步骤604以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。如果该电池单元平均电压大于预设电压V2，该流程将转到步骤626中，以启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。
返回到步骤616中，如果所述计时器没有超时，该流程将转到步骤622中(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CV0)。在步骤622中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元平均电压与预设电压V2进行比较。如果该电池单元平均电压小于预设电压V2，该流程则返回到步骤616中。前面已经对步骤616以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。如果该电池单元平均电压大于预设电压V2，该流程将转到步骤626中，以启动恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)。
在步骤628中，系统执行保护检查(类似于步骤606)。如果出现任何异常现象，该流程将转到步骤636中，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，该流程将转到步骤630中。在步骤630中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元最高电压与预设电压V3进行比较(类似于步骤608)，以检查是否出现电池过压现象。如果该电池单元最高电压大于预设电压V3(表示出现电池过压现象)，该流程将转到步骤634中。在步骤634中，n被设置为该预设最大值max，然后该流程将返回到步骤604中。因此，电池盒304由最小恒定电流Imax(I0＞I1＞I2＞...＞Imax)充电。如果该电池单元最高电压小于预设电压V3(表示没有出现电池过压现象)，该流程将转到步骤632中。在步骤632中，如果所有电池单元都被充满，该流程将转到步骤636中，以终止对电池充电。否则，该流程将返回到步骤626中继续执行该恒压充电模式。前面已经对步骤626以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。
图7所示为根据本发明提供的一实施例的电池管理系统执行的另一种方法流程图700。在本实施例中，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)。那么，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426进行配置，从而使图4中的电池管理系统以流程图700的方式运作。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，该电池管理系统首先以标准恒流充电模式CC0对电池盒304充电。如果出现电池过压现象，该电池管理系将以小恒流充电模式CCn(n＝1，2，...，max)对电池盒304充电。当电池盒304的电池单元最高电压大于预设电压V3(例如，单体锂电池的4.3V)时，代表出现电池过压现象。如果发生电池电压跳变，该电池管理系统则以小恒流充电模式(例如，以充电电流为Imax(I0＞I1＞I2＞...＞Imax)的小恒流充电模式CCmax)对电池盒304充电。当电压(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ΔV与其变化时间Δt的比值ΔV/Δt大于一个预设值Δth时，代表出现电池电压跳变现象。当电池盒304的电池单元平均电压大于预设电压V2(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CV0)对该电池盒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盒304充电，并且将象征不同恒流充电模式的数字n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。比如说，当n设为0时，标准恒流充电模式CC0将被启动。当n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。步骤706则是系统执行的保护检查，比如说，所述指令转换器426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728中，以终止对电池充电(启动充电终止模式)。因此，所述指令转换器426将断开所述充电开关430来终止对电池充电。如果无异常现象出现，该流程将转到步骤708中。
在步骤708中，可以利用指令控制器426将电池盒304的电池单元最高电压与预设电压V3进行比较，以检测是否出现电池过压现象。如果该电池单元最高电压大于预设电压V3(表示出现电池过压现象)，该流程将转到步骤710中。在步骤710中，数字n自加1。然后该流程转到步骤712中，以执行电池电压跳变检查。如果该电池单元最高电压小于预设电压V3(表示没有出现电池过压现象)，该流程将直接转到步骤712中。
在步骤714中，如果电池单元电压的增量ΔV1与其变化时间Δt1的比值ΔV1/Δt1以及所述多个电池单元平均电压的增量ΔV2与其变化时间Δt2的比值ΔV2/Δt2均小于预设值Δth，该流程将返回到步骤704中。前面已经对步骤704以及其后面的步骤进行详细描述，为了简明起见，在此将不对其重复描述。
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ΔV与其变化时间Δt的比值ΔV/Δt大于预设值Δth，则以小恒流充电模式(例如，CCmax)对电池盒304充电。控制信号350将控制适配器302输出恒定充电电流(Imax)对电池盒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，将电池盒304的平均电压与预设电压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CV0)。在步骤720中，如果电池盒304的平均电压小于预设电压V2，该流程将返回到步骤716中，继续以小恒流充电模式对该电池盒304充电。
在步骤720中，如果电池盒304的平均电压大于预设电压V2，该流程将转到步骤722中，以恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电。然后该流程将转到步骤724中，以确定所有电池单元是否充满。
在步骤724中，如果检查到所有电池单元均被充满，该流程将转到步骤728中，终止该充电过程。否则，该流程将返回到步骤722中继续以恒压充电模式对电池盒304充电。
联系前面对图5至图7的描述，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CC0、小恒流充电模式CC1-CCmax)以及一种恒压充电模式(例如，标准恒压充电模式CV0)对电池盒304充电。通过对指令转换器426进行配置/编程，可以执行其他的充电模式。比如说，该电池管理系统可以通过一种恒流充电模式(例如，标准恒流充电模式CC0)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CV0-CVmax’)对电池盒304充电。另外，电池管理系统还可以通过多种恒流充电模式(例如，标准恒流充电模式CC0、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CV0-CVmax’)对电池盒304充电。
图8所示为根据本发明提供的一实施例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盒304内的多个电池单元中每个电池单元。比如说，通过监控电路424监控这些电池单元的电压、电流和温度等等，并且产生指示每个电池单元状态的监测信号。
在步骤804中，电池管理系统根据电池盒304内的多个电池单元中每个电池单元的状态产生控制信号350。比如说，可以根据如图4中所示的监测信号490_1-490_3、492和494来产生该控制信号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。比如说，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。
因此，在本发明中提供了一种电池管理系统。在这样的一个实施例中，电池盒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，可以根据该电池盒内每个电池单元的状态对该适配器的输出功率进行调节。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。当所有的电池单元均被充满时，可启动充电终止模式。除此之外，通过启动充电终止模式，可以避免任何异常现象出现。
根据该电池盒的状态还可以启动多种充电模式。比如说，在电池充电初期，可以启动标准恒流充电模式。当电池盒的电压大于第一阈值时，可以启动小恒流充电模式。当电池盒电压增加的变化率大于第二阈值时，也可以启动小恒流充电模式。当电池盒的电压大于第三阈值时，可以启动恒压充电模式。
图9所示为本发明提供的一实施例中一种电源管理系统900的示意图。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，用于对电池盒904充电并且对系统负载910供电。适配器902可以在对电池盒904充电的同时对系统负载910供电。适配器902可以产生指示最大适配功率的功率识别信号952给电池盒904中的电池控制器920，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。在本实施例中，电池盒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，并且根据电池盒904的状态以及系统负载910的状态来产生控制信号950以调节适配器902的输出功率。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由单总线传递。在另一个实施例中，功率识别信号952和控制信号950由两条信号总线分别传递。
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，并且产生指示适配器902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)可以连接至所述差分放大器，将所述模拟监测信号转换成指示适配器902输出电流的数字信号。
电池控制器920也可以从监控电路424接收电池盒904的监测信息。根据对图4的相关描述，监控电路424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)。监控电路424也通过感应电阻470来监测电池电流(例如，电池充电电流)，并且产生指示所述电池电流水平的监测信号492。电池控制器920可以接收来自监控电路424的监测信息。有利的是，电池控制器920可以根据所述适配器的输出电流与所述电池充电电流之间的差值来计算提供给系统负载910的总功率/电流。
有利的是，电池控制器920可以根据电池盒904的状态(例如，电池盒904的充电电流或者用于对电池盒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对电池盒904进行充电，电池控制器920可以调节控制信号950，使得在电池盒904被恒定的充电电流I1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。在本实施例中，电池控制器920以图5至图7所描述的方式运行。
在本实施例中，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)来调节电池盒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。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/断开电池盒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以断开所述充电电流。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接通，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可以根据适配器902的输出功率，在系统负载910和电池盒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和电池盒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值，开关960可被断开，以保护电池盒904和系统负载910。
图10所示为根据本发明提供的一实施例的电池控制器(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，电池控制器920根据电池盒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。
在步骤1006中，电池控制器920可以接收指示适配器902输出电流的监测信号。在步骤1008中，电池盒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，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/断开电池盒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。
虽然之前的说明和附图描述了本发明的实施例，应当理解在不脱离所附权利要求书所界定的本发明原理的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，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (22)

1.一种电源管理系统，其特征在于，包括：
适配器，用于对电池盒充电和对系统负载供电，产生指示最大适配功率的功率识别信号，并且接收控制信号；以及
所述电池盒内的电池控制器，用于接收所述功率识别信号，并且根据所述电池盒的状态以及所述系统负载的状态来产生所述控制信号以调节所述适配器的输出功率；
其中，所述适配器能够启动不同的充电模式，在充电初期，启动标准恒流充电模式，当所述电池盒的电压大于第一阈值时或当所述电池盒的电压增加的变化率大于第二阈值时，启动小恒流充电模式；
所述电池控制器根据所述适配器的输出电流与所述电池盒的充电电流之间的差值计算提供给所述系统负载的总功率或电流；
当所述适配器的输出功率到达所述最大适配功率时，所述电池控制器减少或断开所述电池盒的充电电流。
2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电池控制器接收指示所述适配器输出电流的监测信号。
3.根据权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述电池控制器根据所述监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
4.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述适配器包括脉宽调制信号发生器，用于产生脉宽调制信号，其中所述脉宽调制信号的占空比由所述控制信号来控制。
5.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电池盒包括监控电路，用于监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元，并且产生指示每个电池单元状态的监测信号给所述电池控制器。
6.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述控制信号包括模拟控制信号。
7.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述控制信号包括数字控制信号。
8.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述功率识别信号和所述控制信号由单总线传递。
9.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关，其中，如果所述适配器出现异常现象，所述电池控制器产生信号以断开所述开关。
10.一种电池盒，其特征在于，包括：
监控电路，用于监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元，并且产生指示每个电池单元状态的监测信号；以及
连接至所述监控电路的电池控制器，用于接收指示适配器的最大适配功率的功率识别信号，并且根据所述电池盒的状态以及由所述适配器供电的系统负载的状态来产生控制信号以控制所述适配器的输出功率，
其中，所述适配器能够启动不同的充电模式，在充电初期，启动标准恒流充电模式，当所述电池盒的电压大于第一阈值时或当所述电池盒的电压增加的变化率大于第二阈值时，启动小恒流充电模式；
所述电池控制器根据所述适配器的输出电流与所述电池盒的充电电流之间的差值计算提供给所述系统负载的总功率或电流；
当所述适配器的输出功率到达所述最大适配功率时，所述电池控制器减少或断开所述电池盒的充电电流。
11.根据权利要求10所述的电池盒，其特征在于，所述电池控制器接收指示所述适配器输出电流的适配器监测信号。
12.根据权利要求11所述的电池盒，其特征在于，所述电池控制器还根据所述适配器监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
13.根据权利要求10所述的电池盒，其特征在于，所述控制信号包括模拟控制信号。
14.根据权利要求10所述的电池盒，其特征在于，所述控制信号包括数字控制信号。
15.根据权利要求10所述的电池盒，其特征在于，所述功率识别信号和所述控制信号由单总线传递。
16.根据权利要求10所述的电池盒，其特征在于，如果所述适配器出现异常现象，所述电池控制器产生信号以断开连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关。
17.一种电源管理方法，其特征在于，包括：
接收指示适配器的最大适配功率的功率识别信号；以及
由电池盒根据所述电池盒的状态以及由所述适配器供电的系统负载的状态来产生控制信号以调节所述适配器的输出功率，
其中，所述适配器能够启动不同的充电模式，在充电初期，启动标准恒流充电模式，当所述电池盒的电压大于第一阈值时或当所述电池盒的电压增加的变化率大于第二阈值时，启动小恒流充电模式；
所述电源管理方法还包括根据所述适配器的输出电流与所述电池盒的充电电流之间的差值计算提供给所述系统负载的总功率或电流；当所述适配器的输出功率到达所述最大适配功率时，减少或断开所述电池盒的充电电流。
18.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，还包括：
接收指示所述适配器输出电流的监测信号。
19.根据权利要求18所述的电源管理方法，其特征在于，还包括：
根据所述监测信号来调节所述电池盒的充电电流。
20.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，还包括：
监测所述电池盒内多个电池单元中的每个电池单元；以及
产生指示每个电池单元状态的监测信号。
21.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，还包括：
由连接在所述适配器和所述电池盒之间的单总线传递所述功率识别信号和所述控制信号。
22.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，还包括：
如果所述适配器出现异常现象，断开连接在所述适配器和所述电池盒之间的开关。
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