CN101908773B - 电池组充/放电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组充/放电系统及方法，所述系统包括电池组、第一电接口和由电池组供电的负载；所述电池组用以提供电能，并至少包括监测器，用以监测所述电池组的电池状态；所述第一电接口，连接至所述电池组，用以传送所述电能及所述电池状态；所述负载通过所述第一电接口连接至所述电池组，接收所述电能用以为所述电池组放电，并通过第一通信总线接收所述电池状态，并根据所述电池状态控制所述电池组的放电；采用本发明的电池组充/放电系统及方法能够克服现有技术中因电池组无法与负载进行通信而导致电池组或负载受到损害的缺陷。

Description

电池组充/放电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电池组充/放电技术，尤其涉及一种能够保护电池组的电池组充/放电系统及方法。 

背景技术

图1描述了常规的电池系统100的结构示意图。电池系统100包括电池组102、为电池组102充电的充电器104以及由电池组102供电的负载106(例如，电力工具或是电动车辆中的马达)。电池组102包括控制器112，用以在充电器104为电池组102充电时，对充电过程进行控制及保护，以及在负载106对电池组102放电时，对放电过程进行控制及保护。充电器104包括控制器114，并通过串行通信总线120与电池组102通信。电池组102通过串行通信总线120向充电器104发送电池信息，例如电池温度、电池充电状态、电池电流和电池识别等。类似地，充电器104可通过串行通讯总线120向电池组102发送充电器信息，例如充电器认证/识别、充电电流、充电电压等。负载106利用控制器116控制负载106的操作，例如，控制器116可为马达转速控制器，用来控制电动车辆的马达速度。 

但是，由于电池组102通过电源线140向负载106供电，负载106可能无法得知电池组102中各电池的信息，诸如电池电压和电池温度。因此，当为负载106供电时，由于电池组102中意外或错误情况的发生，电池组102可能遭受损坏，其中所述意外或错误情况例如温度过高或过低、欠压甚至“负电压”。电池组102包括充电开关和放电开关(图中未示出)，电池组102中的控制器112可控制这些开关，从而保护电池组102免受损坏。但是，控制器112相对昂贵，并且充电开关和放电开关会在电池组102内部产生损害电池的热量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种电池组充/放电系统以及方法，其能够克服现有技术中因电池组无法与负载进行通信而导致电池组或负载受到损害的缺陷。 

本发明提供一种电池组充/放电系统，包括包括电池组、第一电接口和负载。所述电池组用以提供电能，并至少包括监测器，用以监测所述电池组的电池状态。所述第一电接口，连接至所述电池组，用以传送所述电能及所述电池状态。所述负载通过所述第一电接口连接至所述电池组，接收所述电能用以为所述电池组放电，并通过第一通信总线接收所述电池状态，并根据所述电池状态控制所述电池组的放电，其中所述负载包括控制器，用以监测所述负载的负载状态，并通过所述第一通信总线将所述负载状态传送至所述电池组，其中所述第一电接口进一步包括通信端，用于支持所述第一通信总线。 

本发明还提供一种电池组充/放电系统，包括电池组、负载、充电器和传送总线。所述电池组至少包括监测器，所述监测器用以监测所述电池组的电池状态。所述负载包括第一控制器，当所述电池组连接至所述负载为所述负载放电时，所述第一控制器根据所述电池状态控制放电。所述充电器包括第二控制器，当所述电池组连接至所述充电器为所述电池组充电时，所述第二控制器根据所述电池状态控制充电。所述传送总线，选择性地连接至所述负载或所述充电器，当所述电池组连接至所述负载时，所述传送总线传送放电电能及所述电池状态，当所述电池组连接至所述充电器时，所述传送总线传送充电电能及所述电池状态。 

本发明还提供一种电池组充/放电方法，其包括：监测所述电池组的电池状态；选择性地将所述电池组连接至负载进行放电或连接至充电器进行充电；当连接所述电池组至所述负载时，传送放电电能及所述电池状态；根据所述电池状态通过所述负载的控制器控制所述放电电能的传送；当连接所述电池组至所述充电器时，传送充电电能及所述电池状态；和根据所述电池状态通过所述充电器的控制器控制所述充电电能的传送。 

 与现有技术相比，本发明中的电池组可以将电池状态通过第一通信总线与负载通信，并通过第二通信总线与充电器进行通信。电池组中安装价钱相对低廉的监测器，负载和充电器可根据该电池组通过相应通信总线发送的监测到的电池状态分别对电池组的充电和放电进行控制。这样，可以省略电池组中的控制器、充电开关以及放电开关，进而加强系统的安全性及功能性，同时，通过将监测和控制部分分别安装在电池组、负载和充电器中可降低系统造价。 

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是一个现有技术的电池系统的结构示意图； 

图2是根据本发明的一个实施例的电池组充/放电系统的结构示意图； 

图3是根据本发明的一个实施例的电接口的结构示意图； 

图4是根据本发明的另一实施例的监测器的结构示意图； 

图5是根据本发明的一个实施例的电池组充/放电方法的流程图。 

具体实施方式

本发明将在下文中配合附图进行全面描述。本发明可能以一些不同的方式实施，但不应理解为本发明被限制于说明书中介绍的某种具体的结构和功能。而应理解说明书提供的描述能够完全、充分的向本领域的技术人员传达本发明所涵盖的范围。基于说明书的描述，本领域的技术人员应当了解到本发明的范围旨在涵盖这里所揭示的本发明的所有实施方案、独立实施或者结合本发明的其他实施方案实施。比如，利用这里提出的任意数量的实施例来实现一个装置或者执行一种方法。另外，本发明的范围还包括这样一种装置或者方法。这种装置或方法可以用其他的结构、功能来实现，或者是利用本发明这里提出的实施方案和其他结构和功能一起实现，再或者是用不同于本发明这里提出的实施方案的结构和功能实现。应当理解的是这里揭示的本发明的所有实施方案都可以由权利要求中的一个或多个元件来实施。 

根据本发明的一个实施例，在一个电池系统中，电池组可以将电池状态通过第一通信总线与负载通信，并通过第二通信总线与充电器进行通信。有利的是，负载和充电器可根据该电池组通过相应通信总线发送的监测到的电池状态分别对电池组的充电和放电进行控制。这样，可以省略电池组中的控制器、充电开关以及放电开关。同时，通过将监测/控制元件分别安装在电池组、负载和充电器中，从而增强系统的安全性及功能性。 

图2描述了根据本发明一个实施例的电池系统200的结构示意图。电池系统200包括电池组202，为电池组202充电的充电器204以及由电池组202供电的负载206(例如，电力工具或是电动车辆中的马达)。在一个实施例中，电池组202包括一个或多个电池(图中未示出)。电池组202进一步包括监测器222，用以监测电池状态。其中，该电池状态包括但不限于：电池运行状态，例如电池组/电池温度、电池组/电 池电压、电池电流以及电池组202的电池组/电池荷电态；以及电池组认证/识别信息。电池组202通过传送总线220与充电器204相连接。在一个实施例中，传送总线220包括通信总线262和电力总线266。电池组202通过通信总线262向充电器204传送电池状态，并通过电力总线266由充电器204供电。充电器204包括控制器214，用来监测充电器状态。其中，该充电器状态包括但不限于：充电器认证/识别、充电电流及充电电压。类似地，充电器204将监测到的充电器状态通过通信总线262向电池组202传送。 

电池组202通过传送总线230与负载206相连接。在一个实施例中，传送总线230包括通信总线260和电力总线264。电池组202通过通信总线260向负载206传送电池状态，并通过电力总线264向负载206供电。负载206包括控制器216，用来监测负载状态。其中，该负载状态包括但不限于：负载认证/识别、放电电流、放电电压以及马达转速(如果负载206包括马达)。因此，电池组202与负载206可通过通信总线260对监测到的电池状态以及负载状态进行通信。有利的是，如果在电池组202向负载206充电时发生了诸如温度过高或过低、欠压甚至“负电压”等意外情况，监测器222通过监测电池状态来检测这些意外情况并通知负载206。这样，负载206可中断放电，从而使电池组202和负载206免受损坏。 

有利的是，因为电池组202、负载206以及充电器204分别利用监测器222、控制器216以及控制器214来监测电池状态、负载状态以及充电器状态，从而提高监测的准确率。同时，因为电池组202使用价钱相对低廉的监测器222取代了图1中所示现有技术中电池组102中的控制器112，所以放电控制功能由负载206中的控制器216实现。本发明的控制器216可以利用现有技术中负载106中的控制器116的硬件结构， 但扩展其功能。因此，降低系统总体造价，同时减小系统体积。 

在一个实施例中，监测器222监测到的电池状态、控制器214监测到的充电器状态以及控制器216监测到的负载状态可被转换为数字信号。通信总线260和262可为串行通信总线。在此，“串行通信”的意思是传送信号的过程是通过通信频道或总线一位一位地顺序传送。串行通讯总线可以是但不限于串行外设接口(serial peripheralinterface，简称SPI)总线、内部集成电路(inter-integrated circuit，简称I²C)总线和单(1-wire)总线。通信总线260和262可以设计为遵从同样的标准，例如I²C总线标准。另外，通信总线260和262也可是并行通信总线。在此，“并行通信”的意思是通过多条并行频道以多条线路同时传送信号。 

在一个实施例中，电池组202进一步包括连接至监测器222或集成在其中的存储器224。存储器224存储电池202的使用历史，例如，该使用历史包括电池组202每次运行的电池状态。有利的是，该存储器224中的使用历史可通过计算机获取，以便进行分析。 

在一个实施例中，负载206进一步包括由控制器216控制的放电开关236。负载206根据监视器222发送的电池状态利用放电开关236控制放电过程。如果所述电池状态指示电池组202处于意外或是错误状态，例如欠压等，负载206通过关断放电开关236结束放电过程。 

类似地，充电器204进一步包括由控制器214控制的充电开关234。负载206根据监视器222发送的电池状态利用充电开关234控制充电过程。如果所述电池状态指示电池组202处于意外或是错误状态，例如温度过高或过低以及欠压等，负载206通过关断充电开关234结束充电过程。 

这样，负载206和充电器204通过控制放电开关236和充电开关234分别控制放电过程和充电过程。有利的是，可以省略图1电池组102中的控制器、充电开关以及放电开关。因此，减小电池组202的体积，并降低造价。 

在一个实施例中，电池组202通过电接口与负载206以及充电器204分别连接。所述电接口在图3中进行描述。在一个实施例中，电池组202和负载206之间的电接口与电池组202和充电器204之间的电接口标准相同。这样，电池组202可包括一个由负载206和充电器204共享的电接口；或者，电池组202可包括两个相同的电接口，允许负载206和充电器204同时与电池组202相连接。在另一个实施例中，电池组202和负载206之间的电接口与电池组202和充电器204之间的电接口标准不同，这样的情况下，电池组包括两个不同的电接口，分别对应负载206和充电器204。 

图3描述了根据本发明一个实施例的电池组202与负载206之间或者电池组202和充电器204之间的电接口300的结构示意图。图3结合图2中的电池系统200进行描述。电接口300包括电源端(例如正端302和负端304)，以及通信端306。正端302和负端304用于传送充/放电电能，并支持电力总线264和266。在图2所示实施例中，正端302连接至负载206或是充电器204的正极。类似地，在图2所示实施例中，负端304连接至负载206或充电器204的负极；或者，负端304可以接地。 

通信端306用于传送指示电池状态的数字信号，并支持图2所示的通信总线260及262。例如，电池202、负载206和充电器204分别利用相同的电接口300。在充电时，充电器204通过电力总线266经正端302以及负端304向电池组202充电，并通过通信总线262经通信端306与电池组202通信。电池组202可通过图2所示的电力总线264经正端302以及负端304向负载206供电，并通过图2所示的通信总线 260经通信端306发送电池组202的电池状态。 

图4描述了根据本发明一个实施例的电池组202中的监测器400的结构示意图。图4结合图2和图3进行描述。监测器400包括电池监测单元402、模数转换器(analogto digital convertor，简称A/D转换器)404、电池认证/识别406和通信单元408。 

电池监测单元402连接至电池组202中的每个电池，用以分别监测电池并生成指示电池状态的监测信号410，例如电池组/电池温度、电池组/电池电压、电池电流以及电池组202的电池组/电池充电状态。在一个实施例中，监测信号410为模拟信号，A/D转换器404将其转换成数字信号412。电池认证/识别406存储在图2所示的存储器224中，并输出数字信号414。通信单元408接收表示电池状态的数字信号412和表示电池认证/识别的数字信号414，并经图3所示的由通信端306将电池状态传送给负载206的控制器216和充电器204的控制器214。 

图5为根据本发明一个实施例的电池组充/放电方法流程图500。尽管在图5中揭示了具体的步骤，这些步骤仅为示例性的，也即，本发明可执行其他步骤或图5中步骤的变形。以下结合图2和图3对图5进行说明。 

在步骤510中，监测电池组202的电池状态，所述电池状态包括但不限于电池组/电池温度、电池组/电池电压、电池电流、电池组202的电池组/电池充电状态以及电池认证/识别信息。 

在步骤512中，电池组202选择性地与负载或充电器相连接。在一个实施例中，电池组202包括一个如图3所示的电接口300，用以将电池组202连接至负载206或者充电器204，该电接口300可由负载206和充电器204共享。在另一个实施例中，电池组202和负载206之间的电接口与电池组202和充电器204之间的电接口标准不 同，这样的情况下，电池组包括两个不同的电接口。 

在步骤514中，当连接所述电池组至所述负载时，将放电电能以及代表电池组202电池状态的数字信号传送至负载206。放电电能可通过图3所示的电接口300中的电源端302和304传送。在一个实施例中，负载206包括控制器216，用以监控负载206的负载状态。其中，所述负载状态包括但不限于：负载认证/识别、放电电流、放电电压以及马达转速(如果负载206包括马达)。 

在步骤516中，控制器216根据电池状态控制放电电能的传送。同时，控制器216也可根据负载状态控制放电电能的传送。 

在步骤524中，当连接所述电池组至所述充电器时，将充电电能以及代表电池组202电池状态的数字信号传送至电池组202。充电电能可通过图3所示的电接口300经电源端302及304由充电器204向电池组202进行传送，电池组202的电池状态可通过电接口300经通信端306进行传送。在一个实施例中，充电器204包括控制器214，用以监控充电器204的充电器状态。其中，所述充电器状态包括但不限于：充电器认证/识别、充电电流及充电电压。 

在步骤526中，控制器214根据电池状态控制充电电能的传送。同时，控制器214可根据充电器状态控制充电电能的传送。 

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (18)

1.一种电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组充/放电系统至少包括：

电池组，用以提供电能，所述电池组至少包括监测器，所述监测器用以监测所述电池组的电池状态；

第一电接口，连接至所述电池组，用以传送所述电能及所述电池状态；和负载，通过所述第一电接口连接至所述电池组，接收所述电能用以为所述电池组放电，并通过第一通信总线接收所述电池状态，并根据所述电池状态控制所述电池组的放电，其中所述负载包括控制器，用以监测所述负载的负载状态，并通过所述第一通信总线将所述负载状态传送至所述电池组，

其中，所述第一电接口进一步包括通信端，用于支持所述第一通信总线。

2.根据权利要求1所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述负载还包括：

放电开关，由所述控制器控制，通过关断所述放电开关以结束所述放电。

3.根据权利要求1所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组还包括：

存储器，所述存储器连接至所述监测器，用以存储所述电池状态。

4.根据权利要求3所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述存储器中存储的所述电池状态由计算机获取。

5.根据权利要求1所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组充/放电系统还包括：

充电器，用以为所述电池组充电，其中所述充电器通过第二通信总线接收所述电池状态，并根据所述电池状态控制所述充电。

6.根据权利要求5所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述充电器至少包括：

控制器，用以监测所述充电器的充电器状态，并通过所述第二通信总线将所述充电器状态传送至所述电池组。

7.根据权利要求6所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述充电器还包括：

充电开关，由所述控制器控制，通过关断所述充电开关以结束所述充电。

8.根据权利要求5所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组充/放电系统还包括：

第二电接口，连接于所述充电器与所述电池组之间。

9.根据权利要求8所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述第二电接口至少包括：

通信端，用以通过所述第二通信总线由所述电池组向所述充电器传送所述电池状态。

10.根据权利要求1所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述第一电接口进一步包括：

电源端，用以从所述电池组向所述负载传送所述电源。

11.根据权利要求1所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述监测器进一步包括：

电池监测单元，与所述电池组中多个电池分别连接，用以监测所述多个电池并生成指示所述多个电池的状态的多个监测信号；

模数转换器，连接至所述电池监测单元，用以将所述多个监测信号分别转换为对应的多个数字信号；和

通信单元，连接至所述模数转换器，用以根据所述多个数字信号生成所述电池状态，并传送所述电池状态。

12.一种电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组充/放电系统至少包括：

电池组，其至少包括监测器，所述监测器用以监测所述电池组的电池状态；

负载，包括第一控制器，当所述电池组连接至所述负载为所述负载放电时，所述第一控制器根据所述电池状态控制放电；

充电器，包括第二控制器，当所述电池组连接至所述充电器为所述电池组充电时，所述第二控制器根据所述电池状态控制充电；和

传送总线，选择性地连接至所述负载或所述充电器，当所述电池组连接至所述负载时，所述传送总线传送放电电能及所述电池状态，当所述电池组连接至所述充电器时，所述传送总线传送充电电能及所述电池状态。

13.根据权利要求12所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述传送总线包括：

电力总线，选择性地传送所述充电电能或所述放电电能；和

通信总线，用以将所述电池组的所述电池状态传送至所述负载和所述充电器。

14.根据权利要求13所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述通信总线为串行通信总线。

15.根据权利要求12所述的电池组充/放电系统，其特征在于，所述电池组充/放电系统还包括：

存储器，连接至所述监测器，用以存储所述电池状态。

16.一种电池组充/放电方法，其特征在于，所述电池组充/放电方法至少包括：

监测所述电池组的电池状态；

选择性地将所述电池组连接至负载进行放电或连接至充电器进行充电；

当连接所述电池组至所述负载时，传送放电电能及所述电池状态；

根据所述电池状态通过所述负载的控制器控制所述放电电能的传送；

当连接所述电池组至所述充电器时，传送充电电能及所述电池状态；和

根据所述电池状态通过所述充电器的控制器控制所述充电电能的传送。

17.根据权利要求16所述电池组充/放电方法，其特征在于，所述电池组充/放电方法还包括：

监测所述负载的负载状态；和

根据所述负载状态控制所述放电电能的传送。

18.根据权利要求16所述电池组充/放电方法，其特征在于，所述电池组充/放电方法还包括：

监测所述充电器的充电器状态；和

根据所述充电器状态控制所述充电电能的传送。

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