CN101944758A - 具有动态分配充电电流功能的电池管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种电池管理系统，包括电源、系统负载、电池及主控制单元。该电池管理系统还包括一电源转换器，用于根据该系统负载正常工作所需的工作电流，将该电源的供电电流分成两部分，一部分为该系统负载提供工作电流，剩余部分为该电池提供充电电流。一第一电源开关及一第二电源开关。该主控制单元，用于当流经该电源转换器的电源所提供的供电电流满足一预设的电流门限值时，打开第一电源开关及第二电源开关。其中，该为系统负载提供的工作电流经由该第一电源开关提供给系统负载，该为电池充电提供的充电电流经由该第二电源开关提供至电池。本发明还提供一种电池管理系统实现充电电流动态分配的方法。

Description

具有动态分配充电电流功能的电池管理系统和方法

技术领域

本发明涉及一种电池管理系统，特别是涉及一种具有动态分配充电电流功能的电池管理系统和方法。

背景技术

传统的AC适配器具有有限的输出电流，系统供电和对系统内电池充电相对独立控制，设计时候需要考虑系统的最大耗电，剩下的电流再分给电池充电。因此，当系统负载开启(运行)时，这些传统的AC适配器可能无法支持对电池快速充电。例如，一种传统的充电方法采用的AC适配器可以为系统供电，或可以为电池充电。这样，当系统运行时则无法为电池充电。另一种传统充电方法采用的AC适配器既可以为系统供电，同时也能够以一种大的充电电流为电池充电。然而，这类AC适配器结构复杂且成本较高。

但是在实际中，往往系统耗电在不断变化，不会一直工作在其耗电最大状态，这样电池还是以原先设置的电流充电，没有充分利用总电源的输入电流能力；另外一方面，电池充电电流一直处于固定的大小，导致充电时间也较长。并且，当输入系统耗电瞬间抽载电流超过总输入电源的带载能力，又无法从电池处补充，这样只能提高总输入电源的带载能力，从而增加总输入电源的制造成本。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电池管理系统和方法，可以动态分配充电电流，实现输入电源利用率最大化。

一种电池管理系统，包括电源、系统负载、电池及主控制单元。该电池管理系统还包括：一电源转换器，用于根据该系统负载正常工作所需的工作电流，将该电源的供电电流分成两部分，一部分为该系统负载提供工作电流，剩余部分为该电池提供充电电流。一第一电源开关及一第二电源开关。该主控制单元，用于当流经该电源转换器的电源所提供的供电电流满足一预设的电流门限值时，打开第一电源开关及第二电源开关。其中，该为系统负载提供的工作电流经由该第一电源开关提供给系统负载，该为电池充电提供的充电电流经由该第二电源开关提供至电池。

一种电池管理系统实现充电电流动态分配的方法，其中，该电池管理系统包括：电源、电池、系统负载、第一电源开关及第二电源开关。该方法包括：

接入电源，侦测该电源提供的供电电流是否大于一预设电流门限值。

在该电源的供电电流大于该电流门限值时，根据该系统负载的需要实时将该电源的供电电流分成两部分，一部分通过第一电源开关为系统负载提供工作电流，该提供给负载的工作电流根据负载的需要变化，剩余部分通过第二电源开关为电池充电。

相对于现有技术，本发明提供了一种可动态分配充电电流的电源路径方案，电源为系统负载工作供电和为电池充电供电实行动态分配电流，随着系统负载的耗电电流的改变，分配至电池的充电电流也随之调整，实现电源的供电电流最大化的使用。当关闭系统负载时，电源的全部供电电流用于为电池充电，实现电池的快速充电。且电源结构简单，且成本较低。

另外一方面，当系统负载瞬间耗电电流增加，超过电源的总输入电源的带载能，可以从现有电池补充，为系统负载供电，这样就能够提高电源输入带载能力，从而降低总输入电源成本。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的具有可动态分配充电电流的电源的电池管理系统的方框图。

图2为根据本发明的一个实施例的电源实现充电电流动态分配的方法的流程图。

主要元件符号说明

电池管理系统    100

电源            10

系统负载            11

电池                12

电源转换器          13

主控制单元          14

电源电流侦测单元    15

电池电流侦测单元    16

第一电源开关        17

第二电源开关        18

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

参阅图1所示，是本发明一个实施例的具有动态分配充电电流功能的电池管理系统100的方框图。该电池管理系统100包括电源10、系统负载11及电池12。其中，电源10可以为系统负载11工作提供工作电流，及为电池12充电提供充电电流。电池12可以为系统负载11供电。

该电池管理系统100还包括电源转换器13、主控制单元14、电源电流侦测单元15和电池电流侦测单元16。该电源转换器13，用于根据系统负载11正常工作所需的工作电流，将通过该电源转换器13(例如，降压型DC/DC转换器)的电源10(例如AC适配器)的供电电流分成两部分，一部分为系统负载11提供工作电流，剩余部分为电池12提供充电电流。该电源电流侦测单元15用于侦测电源10提供至该电源转换器13的供电电流的大小。该电池电流侦测单元16用于侦测该电源10为电池12充电提供的充电电流的大小。

若该电池管理系统100正常工作，则该系统负载11必需从电源10获取其正常工作所需的工作电流，即为主动地获取电流，否则，则该系统100无法正常工作。而电池12充电所需的充电电流的大小则不是一定值，可由电源10根据系统100工作的情况提供，即为被动地提供电流。因此，当该系统负载11正常工作时，电源10的供电电流会优先满足系统负载11正常工作的工作电流。从而，当电源10的供电电流流经电源转换器13时，会根据系统负载11正常工作所需的工作电流，自动将其分成两部分，一部分为系统负载11提供工作电流，剩余部分为电池12提供充电电流。例如，系统负载11正常工作的电流为40A，电源10的总供电电流为90A，则该电源10的供电电流经电源转换器13时，优先为系统负载11提供40A的工作电流，剩余的50A为电池12提供充电电流。

在该电池管理系统100中，设置为电池12充电的最大允许充电电流为电源10的最大允许供电电流。随着系统负载11工作所需的工作电流的变化(如增加或减少)，供应至电池12的充电电流也会随之改变(如减少或增加)。并且当关闭系统负载11时，电源10的供电电流全部为电池12充电，即以其最大供电电流充电。从而，该电池管理系统100可实现充电电流的动态分配。

该电池管理系统100还包括第一电源开关17和第二电源开关18。该第二电源开关18为一双向导通开关，当该第二电源开关18正向导通时，电源10提供的电流可为电池12充电；当该第二电源开关18反向导通时，电池12可向系统负载11供电；当该第二电源开关18双向均不导通时，则该第二电源开关18截止。

该电池管理系统100会预先设置一电流门限值，即电源10的供电电流可以满足系统负载11正常工作所需的电流。

当电源电流侦测单元15侦测流经该电源转换器13的电源10的电流，并将该侦测结果传送至主控制单元14时，该主控制单元14判断该侦测的电流大小是否大于上述的电流门限值。若大于电流门限值，则该主控制单元14控制打开第一电源开关17，电源10提供电流为系统负载11供电。同时主控制单元14控制第二电源开关18正向导通，电源10除为系统负载11提供工作电流外，剩下的电流为电池12提供充电电流。如果电源10的电流小于电流门限值，则主控制单元14判断该电源10的电流无法维持系统正常工作，则控制该第一电源开关17和第二电源开关18截止。

该电源电流侦测单元15和电池电流侦测单元16会分别实时地侦测流经该电源转换器13的电源10的供电电流及为电池12充电的充电电流，并且当为电池12充电的充电电流小于其充电截止电流，且提供至该电源转换器13的供电电流小于电源10的最大允许供应电流时，主控制单元14判断电池12充电完成，控制关闭第二电源开关18。

通常，电池12充电充满的判断标准是其充电电流小于一个设定值，即截止电流。但是，在该电池管理系统100中，由于供应至电池12的充电电流会随着系统负载11的工作电流的变化而随之改变，则会出现这样一种情况：当系统负载11所需的工作电流较大时，为电池12充电的充电电流就会随之减少，而电源电流侦测单元15侦测到的流经电源转换器13的供电电流的大小仍然为电源10的最大供电电流。此时，电池电流侦测单元16侦测该充电电流的大小小于该截止电流，主控制单元14就会判断电池12充电完成，从而关闭第二电源开关18。但是，实际的情况却有可能是电池12尚未完成充电，而是由于供应至系统负载11的工作电流增加而导致的误判断。而通过设置上述条件，当电池电流侦测单元16侦测到的电池12的充电电流的大小小于该截止电流的同时，电源电流侦测单元15侦测到的提供至电源转换器13的供电电流的大小小于电源10的最大允许供电电流，说明此时系统负载11的工作电流大小不变，而是由于电池12的充电电流减小而导致流经电源转换器13的供电电流变小，从而判断电池12充电完成。因此，通过设置电源10的供电电流及电池12的充电电流同时满足上述条件，可以防止误判断的情况。

进一步地，当主控制单元14通过电池电流侦测单元16传送的侦测结果，判断供给电池12的充电电流瞬间减小至零时，确定此时系统负载11瞬间的耗电电流过大时，并超过电源10的最大允许供电电流，则主控制单元14控制第二电源开关18反向导通，电池12不再进行充电，而是向系统负载11供电(如图1所示虚线部分)。实现当系统负载11耗电瞬间抽载电流超过总输入电源的带载能力时，从现有电池12补充电流，从而减少总输入电源10的成本。

使用上述电池管理系统100，电源10为系统负载11工作供电和为电池12充电供电实行动态分配电流，随着系统负载11的耗电电流的改变，分配至电池12的充电电流也随之调整，实现电源10的供电电流最大化的使用。当关闭系统负载11时，电源10的全部供电电流用于为电池12充电，实现电池12的快速充电。且电源结构简单，且成本较低。

另外一方面，当系统负载11瞬间耗电电流增加，超过电源10的总输入电源的带载能力，可以从现有电池12补充为系统负载11供电，这样就能够提高电源输入带载能力，从而降低总输入电源成本。

参阅图2所示，是本发明较佳实施方式中电源实现充电电流动态分配的方法的流程图。

步骤S20，电池管理系统100接入电源10，电源电流侦测单元15侦测电源10提供的供电电流是否大于电流门限值，若是，则进入步骤S21；否则，则继续该步骤。

该电池管理系统100会预先设置一电流门限值，即电源10的供电电流可以满足系统负载11正常工作的电流。如果电源10的电流小于电流门限值，则主控制单元14判断该电源10的电流无法维持系统正常工作，则控制该第一电源开关17截止。

步骤S21，若侦测结果满足电流门限值，则该主控制单元14控制打开第一电源开关17，同时控制第二电源开关18正向导通。

该第二电源开关18为一双向导通开关，当该第二电源开关18正向导通时，电源10提供的电流可为电池12充电；当该第二电源开关18反向导通时，电池12可向系统负载11供电；当该第二电源开关18双向均不导通时，则该第二电源开关18截止。

步骤S22，该主控制单元14控制流经电源转换器13的电源10的供电电流分成两部分，一部分为系统负载11供电，剩余部分为电池12充电，并且为电池12充电的电流随着系统负载11的耗电电流的变化而不断变化。

步骤S23，该电池电流侦测单元16侦测电池12的充电电流是否小于其截止电流，若是，则进入步骤S24；否则，则继续该步骤。

步骤S24，该电源电流侦测单元15侦测提供至电源转换器13的供电电流是否小于电源10的最大允许供电电流，若是，则进入步骤S25；否则，则继续该步骤。

步骤S25，该主控制单元14判断电池12充电完成，控制该第二电源开关18截止。

通常，电池12充电充满的判断标准是其充电电流小于一个设定值，即截止电流。但是，在该电池管理系统100中，由于供应至电池12的充电电流会随着系统负载11的工作电流的变化而随之改变，则会出现这样一种情况：当系统负载11所需的工作电流较大时，为电池12充电的充电电流就会随之减少，而电源电流侦测单元15侦测到提供至电源转换器13的供电电流的大小仍然为电源10的最大允许供电电流。此时，电池电流侦测单元16侦测该充电电流的大小小于该截止电流，主控制单元14就会判断电池12充电完成，从而关闭第二电源开关18。但是，实际的情况却是电池12尚未完成充电，而是由于供应至系统负载11的工作电流增加而导致的误判断。而通过设置上述条件，当电池电流侦测单元16侦测到的电池12的充电电流的大小小于该截止电流的同时，电源电流侦测单元15侦测到提供至电源转换器13的供电电流的大小小于电源10的最大允许供电电流，说明此时系统负载11的工作电流大小不变，而是由于电池12的充电电流减小而导致流经电源转换器13的供电电流变小，从而判断电池12充电完成。因此，通过设置电源10的供电电流及电池12的充电电流同时满足上述条件，可以防止误判断的情况。

该电源实现充电电流动态分配的方法，当该电源电流侦测单元15侦测电源10的供电电流的同时，还包括如下步骤：

步骤S26，电池电流侦测单元16侦测电池12的充电电流是否瞬间减少至零，若是，则进入步骤S27；否则，则继续该步骤。

步骤S27，主控制单元14控制第二电源开关18反向导通，电池12为系统负载11供电。

当系统负载11瞬间的耗电电流过大时，并超过电源10的最大供电的电流时，主控制单元14通过电池电流侦测单元16传送的侦测结果，判断电池12的充电电流瞬间减小，并减少至零时，主控制单元14控制第二电源开关18反向导通，电池12不再进行充电，而是向系统负载11供电。

使用上述充电电流动态分配的方法，电源10为系统负载11工作供电和为电池12充电供电实行动态分配电流，随着系统负载11的耗电电流的改变，分配至电池12的充电电流也随之调整，实现电源10的供电电流最大化的使用。当关闭系统负载11时，电源10的全部供电电流用于为电池12充电，实现电池12的快速充电。且电源结构简单，且成本较低。

另外一方面，当系统负载11瞬间耗电电流增加，超过电源10的总输入电源的带载能力，可以从现有电池12补充，为系统负载11供电，这样就能够提高电源输入带载能力，从而降低总输入电源成本。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，包括电源、系统负载、电池及主控制单元；其特征在于，所述电池管理系统还包括：

一电源转换器，用于根据所述系统负载正常工作所需的工作电流，将所述电源的供电电流分成两部分，一部分为所述系统负载提供工作电流，剩余部分为所述电池提供充电电流；

一第一电源开关；

一第二电源开关；及

所述主控制单元，用于当流经所述电源转换器的电源所提供的供电电流满足一预设的电流门限值时，打开第一电源开关及第二电源开关；其中，所述为系统负载提供的工作电流经由所述第一电源开关提供给系统负载，所述为电池充电提供的充电电流经由所述第二电源开关提供至电池。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，设置为所述电池充电的最大允许充电电流为所述电源的最大允许供电电流，所述提供给系统负载的工作电流根据系统负载的需要变化，所述为电池充电的剩余部分电流随提供给系统负载的工作电流的变化而变化。

3.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，还包括一电池电流侦测单元，用于实时侦测所述电源为电池提供的充电电流；及一电源电流侦测单元，用于实时侦测电源提供至所述电源转换器的供电电流；当所述电池电流侦测单元侦测到为所述电池充电的充电电流小于充电截止电流，且所述电源电流侦测单元侦测到流经所述电源转换器的供电电流小于所述电源的最大允许供电电流时，所述主控制单元判断电池充电完成，控制所述第二电源开关截止。

4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控制单元还用于在电源电流侦测单元侦测到电源提供至所述电源转换器的供电电流不满足所述预设电流门限值时，控制第一电源开关和第二电源开关截止，其中，所述预设的电流门限值为电源的供电电流满足系统负载正常工作所需的电流。

5.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述第二电源开关为一双向导通开关，当第二电源开关正向导通时，电源提供电流为电池充电；当第二电源开关反向导通时，电池向系统负载供电；当第二电源开关双向均不导通时，则第二电源开关截止。

6.如权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，当电池电流侦测单元侦测到电池电流瞬间减小时，判断所述系统负载瞬间的耗电电流超过电源的最大允许供电电流，所述主控制单元控制第二电源开关反向导通，电池为系统负载供电。

7.一种电池管理系统实现充电电流动态分配的方法，其中，所述电池管理系统包括：电源、电池、系统负载、第一电源开关及第二电源开关，其特征在于，所述方法包括：

接入电源，侦测所述电源提供的供电电流是否大于一预设电流门限值；

在所述电源的供电电流大于所述电流门限值时，根据所述系统负载的需要实时将所述电源的供电电流分成两部分，一部分通过第一电源开关为系统负载提供工作电流，所述提供给负载的工作电流根据负载的需要变化，剩余部分通过第二电源开关为电池充电。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

侦测电池的充电电流是否小于充电截止电流；

侦测电源的供电电流是否小于电源的最大允许供电电流；

截止第二电源开关，电池充电完成。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二电源开关为一双向导通开关，当第二电源开关正向导通时，电源提供电流为电池充电；当第二电源开关反向导通时，电池向系统负载供电；当第二电源开关双向均不导通时，则第二电源开关截止。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

侦测电池的充电电流是否瞬间减少至零；并

在电池的充电电流瞬间减少至零时，反向导通第二电源开关，利用所述电池为系统负载供电。

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