CN102545320A - 电池管理与保护 - Google Patents

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Abstract

一种电池管理与保护系统可包括用以改善安全临界功能及其它功能的各种特征。可包括于一些实施方案中的特征当中的一些特征为：在所述系统的启动期间安全参数或其它参数的自动加载；可独立于中央处理单元在所述系统中触发动作的集中式时计及事件系统；相同模块用于自动控制的安全相关测量及固件控制的测量两者；增强的诊断特征；及允许所述系统中的某些模块甚至在所述模块或所述系统处于低电力睡眠模式时继续执行各种功能的梦游特征。

Description

电池管理与保护
技术领域
本发明涉及一种电池系统，且特定来说涉及一种电池管理与保护系统。
背景技术
一些现代便携式装置(例如，膝上型计算机、移动电话、数码相机、视频摄像机、媒体播放器、个人数字助理(PDA)、游戏台)包括电池组。一种特定类型的电池组包括耦合到一个或一个以上集成电路(IC)芯片的一个或一个以上电池单元。所述芯片通常包括控制器(例如，微控制器)及电路且除其它以外提供电池单元管理与保护。
一些电池组包括锂离子(Lithium ion)电池单元，其实质上是封装于圆筒或其它壳体内的挥发性化学反应。势能存储在每一单元中，且如果所述电池单元暴露于其规格以外的条件，那么所述单元可过热、着火或爆炸。配置有这些不稳定单元的一些电池组包括用于检测不安全状况(例如，充电或放电过流、短路等)且用于采取补救动作以防止对电池单元及/或装置造成损坏且保护最终用户的保护电路。
发明内容
将在附图及以下说明中论述本发明的一个或一个以上实施方案的细节。
根据一个方面，揭示一种电池管理与保护系统。在一些实施方案中，所述系统的各种特征帮助减小对用于安全临界功能及其它功能的固件的依赖。所描述的特征当中的一些特征为以下各项：在所述系统的启动期间安全参数或其它参数的自动加载；可独立于中央处理单元在所述系统中触发动作的集中式时计及事件系统；相同模块用于自动控制的安全相关测量及固件控制的测量两者；及增强的诊断特征。本发明还描述梦游特征，所述梦游特征允许所述系统中的某些模块甚至在所述模块或所述系统处于低电力睡眠模式时继续执行临界安全功能或其它功能。前述特征中的一些或全部可不存在于一些实施方案中。
依据所述说明及图式并依据权利要求书，本发明的其它方面、特征及优点将显而易见。
附图说明
图1是包括电池组的应用的图示。
图2是电池组操作电路的示意图。
图3是图解说明电池管理与保护系统的各种模块的框图。
图4图解说明系统的与电池保护相关的一些特征。
图5图解说明电池测量子系统的其它细节。
图6图解说明与事件系统相关的系统的用于模块间通信的一些特征。
图7A是由事件系统中的时计产生的时钟信号的实例。
图7B是由时计产生以触发振荡器校准的时序信号的实例。
图8是图解说明梦游特征的实例的流程图。
具体实施方式
在以下说明中，将参考其中微控制器、非易失性存储器及其它电路组件集成到单个集成电路中的单芯片电池管理与保护系统。然而，所述系统还可以多芯片解决方案来实现。如下文所描述，所述电池管理与保护系统包括自治安全及测量特征且可用于(举例来说)锂离子或其它电池管理与保护系统中。
如图1所图解说明，电池组100可耦合到装置102或充电器104。当电池组100耦合到充电器104时，电池组100的端子(例如，正及负端子以及通信端子)由媒介106耦合到充电器104的对应端子(即，正及负端子以及通信端子)以允许与电池组100相关联的单元的充电。媒介106可呈线、引线、引脚或其它电连接构件的形式。
类似地，当电池组100耦合到装置102时，电池组100的端子(即，正及负端子以及通信端子)由媒介108耦合到装置102的对应端子(即，正及负端子以及通信端子)以允许装置102的操作。媒介108可呈线、引线、引脚或其它电连接构件的形式。在一些实施方案中，电池组100还在相应通信端口处耦合到装置102及充电器104，所述相应通信端口允许信息(例如，命令及控制)在装置102/充电器104与电池组100之间的传送。可交换的信息的一个实例包括电池电荷电平(即，电容)。
如图2中所示，电池组100包括一个或一个以上电池单元120、离散晶体管110、112、感测电阻器114及电池管理与保护系统130。系统130包括各种组件，如下文所论述，所述各种组件可集成于单个封装中(例如，集成到单个集成电路中)或单独地封装。离散晶体管110、112可与系统130分离且包括于单独的封装中或可与其它系统组件封装在一起。
离散晶体管110、112用作将电池单元120从外部电池组端子(即，外部电池组正端子140及负端子150)断开的开关。在所图解说明的实施方案中，展示两个离散晶体管，其可实施为(举例来说)场效晶体管(FET)。尽管可使用其它晶体管技术，但FET在工艺、性能(例如，接通电阻)、成本及大小方面呈现优点。在所示实施方案中，提供两个晶体管且其表示单独的充电晶体管110及放电晶体管112。充电晶体管110用以实现电池单元120的安全充电。放电晶体管112用以实现电池单元120的安全放电。
如图2中所图解说明，充电晶体管110与放电晶体管112串联耦合。在一些实施方案中，使用两个N沟道FET(NFET)晶体管且其在串联配置中漏极-漏极地耦合。在其它实施方案中，可使用两个P沟道FET(PFET)晶体管。在PFET解决方案中，可需要额外二极管来向系统130提供电力。
在所图解说明的实施方案中，充电晶体管110与放电晶体管112在高侧配置(即，串联晶体管耦合到电池单元的高侧，此与低侧配置相反)中耦合。在所示高侧配置中，充电晶体管110的一个端子(例如，源极)耦合到电池单元120的正端子。放电晶体管112的一个端子(例如，源极)耦合到外部电池组正端子150。充电晶体管110与放电晶体管112的相应第二端子彼此耦合(形成漏极-漏极结)。充电晶体管110及放电晶体管112的栅极分别在输入OC及OD处耦合到系统130。
FET晶体管110、112之间的结在输入(VFET)处耦合到系统130，所述输入向系统130提供操作电力。芯片上低压差(LDO)电压调节器调节VFET端子处的电压以为内部逻辑、I/O线及模拟电路提供合适的供电电压(例如，2.2V)。此经调节电压还提供到外部引脚VREG。
电池单元120为可再充电电池且可呈锂离子(Li-ion)或锂聚合物(Li-polymer)的形式。其它电池技术类型也是可能的。在提供多个单元的情况下，电池单元串联、并联或以串联与并联的组合形式耦合。在所图解说明的实施方案中，电池单元120的正端子耦合到系统130(例如，以允许在输入PV1处检测电池电压电平)且耦合到离散晶体管中的一者(即，充电晶体管110)。电池单元120的负端子还耦合到系统130(例如，以允许在输入NV处检测电池电压电平)且耦合到感测电阻器114的一个端子。感测电阻器114耦合到系统130(以允许在输入PI处测量穿过感测电阻器114的电流流动)。感测电阻器的第二端子耦合到局部接地(灵活电池局部接地)、系统130(以允许在输入NI处测量穿过感测电阻器114的电流流动)及电池组100的外部电池组负端子140。尽管展示单个电池单元实施方案，但电池组100中可包括其它数目个电池单元。在一些实施方案中，电池组100还包括充当熔丝的电路116。
某些电池技术如果不恰当使用则可形成危险状况。举例来说，如果充电过度或充电太快，锂离子及锂聚合物电池可过热、爆炸或自燃。如果电池放电太深，那么也可出现危险状况。此外，如果锂离子及锂聚合物电池放电太深，那么其可丢失其显著量的充电容量。系统130包括监督电子器件以帮助确保无故障操作。除其它以外，系统130帮助确保流入到电池单元120中及从电池单元120出来的电流以及电池120的电压及温度在安全等级内。下文更详细地论述系统130的各种方面。
如图3及图4中所图解说明，电池管理与保护系统130包括基于软件的中央处理单元(CPU)202，中央处理单元202可基于RISC架构实施为(举例来说)低功率、CMOS8位微控制器。CPU 202确保正确的程序执行且能够存取存储器、执行计算且控制系统中的其它模块。存储器(例如，快闪存储器214)存储可由CPU 202执行的指令。所图解说明的电池管理系统130中的其它存储器包括随机存取存储器(RAM)210及EEPROM212。一些实施方案可包括其它类型的存储器。
在所图解说明的实例中，前文提及的用以为内部逻辑、I/O线及模拟电路提供合适的供电电压的调节VFET端子电压的芯片上LDO调节器可提供为电压调节器248的部分。还在引脚VREG(图2)处提供经调节电压。
系统130包括执行电池测量且提供电池保护的各种模块。此些模块包括电压模/数转换器(V-ADC)模块204、电流模/数转换器(C-ADC)模块206及电流保护模块208。下文更详细地论述这些模块(其包括电路及逻辑)。
V-ADC模块204可实施为(举例来说)经优化以用于测量电压及温度的16位∑-Δ模/数转换器。其包括数个可选择输入通道，例如定标电池单元电压、通用输入(例如，供用作外部温度传感器)、内部温度传感器、定标电池电压(BATT)及诊断功能。V-ADC204可执行由固件控制(即，由CPU 202控制)的单个转换或通道扫描。另外，V-ADC模块204可执行自动电池保护扫描。在单个转换/通道扫描模式的扫描的情况下，CPU 202选择通道且开始扫描。相比之下，独立于固件(即，独立于CPU 202)执行自动保护扫描。如下文更详细地解释，自动保护扫描在系统130的启动期间配置有自动加载的值。V-ADC模块204执行通道扫描且将(例如，电池单元电压及/或温度的)所测量值与自动加载的触发等级进行比较。这些特征可允许V-ADC模块204提供电池单元电压及温度的准确但可配置的保护等级。
C-ADC模块206经布置以测量流动穿过外部感测电阻器(例如，图2中的感测电阻器114)的电流。在所图解说明的实施方案中，C-ADC模块206提供瞬时输出及积累的输出。瞬时电流值可用于电池管理中的各种临界任务，例如在欠压恢复及快速充电期间监督充电电流、监视电池组的状态(例如，备用或放电)、提供准确的过流保护及执行阻抗计算。C-ADC模块206可包括窗比较器207以确定电池电流是否在用户可编程范围内。此特征可用以(举例来说)在连接或断开充电器时触发且检测过度高充电或放电电流的存在。因此，比较器207可在瞬时电流在用户可编程数目个样本的规定范围外部时产生中断信号或其它事件。在一些实施方案中，比较器207经配置以在电流太高的情况下产生“事件”且在电流低的情况下产生中断信号。下文结合事件系统更详细地论述此“事件”及其它“事件”(参照图6)。
所图解说明的系统130包括电压参考模块244，电压参考模块将高度准确的参考电压(例如，1.100V)以及内部温度参考提供到V-ADC模块204。形成电池测量子系统的部分的模块当中的连接的实例图解说明于图5中。还将参考电压提供到引脚VREF(图2)。
电流保护模块208以用户可编程间隔对感测电阻器114上的电压进行取样且将电压对照数个可编程电平进行比较。通过用所要的保护等级编程快闪存储器214(或EEPROM212)的特定位置来配置保护等级。如下文更详细地解释，在系统130的启动期间自动地从这些快闪存储器位置加载寄存器。违反计数器实现对过流及短路电流的时间过滤。在一些实施方案中，电流保护模块208经配置以在电流在规定范围外部的情况下产生“事件”。下文结合事件系统更详细地论述此“事件”及其它“事件”(参照图6)。
电池管理系统130还包括模块216以控制FET晶体管110、112。在所图解说明的实施方案中，FET控制器216包括耦合到外部装置的数个输出(例如，OC、OD)，所述外部装置可由FET控制器216配置以控制电池单元120与装置或充电器之间的电流流动。FET控制器206包括用于在输出OC及OD处产生电压的电路及逻辑。在一些实施方案中，OC输出是耦合到充电FET(例如，充电晶体管110)的栅极的高压输出以完全或部分地启用或停用所述充电FET以在充电事件期间控制电流流动。OD输出是耦合到放电FET(例如，放电晶体管112)的栅极的高电压输出以完全或部分地启用或停用所述放电FET以在放电事件期间控制电流流动。
CPU 202及其它模块经由一个或一个以上总线218(图3)发送及接收信号。一个此种总线为输入/输出总线218A(图4)。另一总线218B用于在系统130的启动期间从快闪存储器214加载安全及其它参数。所述系统还包括中断总线218C以将中断信号传递到CPU 202或另一模块/从CPU 202或另一模块传递中断信号。另外，专用路由网络219允许独立于CPU 202在某些模块之间发送“事件”且下文结合事件系统予以更详细论述(参照图6)。
如图3中所示，系统130还包括睡眠/电力模块246，下文论述。存在于系统130的所图解说明的实施方案中的其它组件及模块包括振荡器250、唤醒计时器252、监控计时器254、通用异步接收器/发射器(UART)256、双向两线接口(TWI)总线258、芯片上调试(OCD)模块260、中断控制器262及振荡器/时钟控制器264。系统130的实际实施方案可包括其它组件、模块及子系统，其出于清晰的目的已从图3移除。一些实施方案可不包括图3的实例中所示的所有组件、模块及子系统。
安全及校准参数的自动加载
为帮助改善系统130的安全操作，在系统启动期间，各种安全及校准参数自动地从非易失性存储器上载到所述模块中的一者或一者以上中的专用输入/输出寄存器。
安全参数可由系统用来确定电池I20的安全功能性。在特定实施方案中，用户可编程安全参数存储于快闪存储器214中的专用位置中。在系统130的启动期间，这些参数由复位控制器220(图3)自动地从快闪存储器214加载到专用寄存器215。总线218B(图4)用于将安全参数从快闪存储器214传送到专用寄存器215。CPU 202可读取寄存器215，但不能向其写入。因此，存储于专用寄存器215中的安全参数不能在运行时改变。通过在启动循环(例如，复位循环)期间以独立于CPU 202及固件的方式自动地从预界定位置加载电池保护及校准参数，可改善系统130的安全操作。
寄存器215可跨越实施临界安全功能的多个不同模块分布。V-ADC模块204中的寄存器215可存储(举例来说)用于确定保护扫描中所使用的通道、确定保护扫描的频率及指示单元电压比较器的阈值电平的信息。电流保护模块208中的寄存器215可存储(举例来说)与电流保护控制、短路保护时序、过流保护时序、短路检测电平、放电过流检测电平及充电过流检测电平相关的信息。FET控制器216中的寄存器215可存储(举例来说)与当接收到指示以下事件中的一者的信号时将采取的动作相关的信息：短路保护事件、放电过流保护事件、充电过流保护事件、单元过压保护事件、单元欠压保护事件、内部温度过压保护事件、内部温度欠压保护事件。还可上载其它安全参数且在启动期间自动地将其存储于系统130的这些或其它模块中的专用寄存器215中。
用于校准系统130的各种方面的参数也可在启动(例如，复位)期间以与上文针对安全相关参数所描述的相同的方式自动地从非易失性存储器214加载到专用输入/输出寄存器。此些参数的实例包括用于校准电压参考的参数及用以校准振荡器的参数。在一些实施方案中，校准值可(举例来说)在芯片制造期间或由消费者存储于非易失性存储器214中。一些消费者可偏好使用制造商工厂值以降低工厂测试成本，而一些消费者可偏好选择用于校准的参数以获得更好的准确性。一些实施方案允许消费者选择从具有制造商存储的值的第一位置还是具有消费者自己的值的第二位置加载参数。非易失性存储器可用以允许消费者进行所述选择。
在一些实施方案中，复位请求将装置复位且只要所述请求为活动的则保持其处于复位状态。当释放所有复位请求时，在释放内部复位且系统开始运行之前系统130经历数个阶段。因此，在一些实施方案中，在释放内部复位之前，复位并开始计数器延迟，开始振荡器，计数器延迟期满，且安全及校准参数从非易失性存储器214加载，如上文所解释。可在系统130的启动(例如，复位)期间发生的其它操作包括将I/O寄存器设定到其相应初始值。
用于模块间通信的事件系统
尽管系统130内的许多通信借助CPU 202发生，但系统130还包括用于某些模块间通信的事件系统。所述事件系统允许系统中的一个模块中的状态改变独立于CPU 202自动地在系统中的一个或一个以上其它模块中触发动作。模块中的改变的此指示称作“事件”。使用专用路由网络219(图3及图4)在模块之间递送事件。产生事件的模块有时称作事件产生器，且使用事件的模块有时称作事件用户。由事件触发的动作有时称作事件动作。一些事件用户可从一个或一个以上事件产生器接收事件且可导致相同或不同的事件动作。
如图6中所示，一个事件产生器为时计240，时计240为事件控制器222(见图3)的部分。时计240充当集中式计时器，其控制某些事件何时发生且由专用路由网络219直接耦合到模块中的一些模块，例如V-ADC模块204、C-ADC模块206及电流保护模块208。时计308产生事件(例如，脉冲信号)，所述事件又触发时钟启用信号。在一些实施方案中，事件信号可直接用作时钟信号。时计308可产生经分割事件信号集合。举例来说，在所图解说明的实施方案中，时计240包括预定标器，所述预定标器使用事件信号(clk)且从初始信号产生2的幂分割。因此，时计240产生经分割信号集合，所述经分割信号集合中的每一者具有相应频率clk/2...clk/2n，其中n为整数。在特定实施方案中，时计240产生具有频率clk/2的第一事件信号、具有频率clk/4的第二事件信号、具有频率clk/8的第三事件信号及具有频率clk/16的第四事件信号(图7A)。在一些实施方案中，时计240产生额外或其它同步事件信号。因此，在一些实施方案中，从第一事件信号分割第二事件信号，从第二事件信号分割第三事件信号，等等。以此方式，当慢事件信号具有活动边沿时，较快事件信号也具有活动边沿。在其它情形中，分割因子可为任一系列的整数(例如，clk/2、clk/3、clk/4)。一般来说，时计240产生经分割信号集合，所述经分割信号集合中的每一者具有相应频率F/n1、F/n2...F/nm，其中ni为整数。
时计240用以针对连接到时计240的模块产生事件。每一模块可个别地选择所要的时钟分割(例如，基于在启动期间自动加载到寄存器215的信息)。举例来说，可将第一模块(例如，V-ADC模块204)编程为clk/32，可将第二模块(例如，C-ADC模块206)编程为clk/128，且可将第三模块(例如，电流保护模块208)编程为clk/32。在此实例中，第一模块204及第三模块208同时接收事件，而第二模块206以1/4频率接收事件。在所图解说明的实例中，对所有模块的时计事件是同步的。当第二模块接收到事件时，第一及第三模块将同时接收事件。时计事件可用以(举例来说)触发测量且检测安全问题。
时计240充当一些事件序列的起始器。以规则间隔，时计发出事件以在其它模块(例如，V-ADC模块204、C-ADC模块206及电流保护模块208)中起始动作。运行时可配置保护事件的事件序列由时计240起始且在C-ADC模块206中触发事件动作。在所图解说明的实例中，自动加载的保护事件的事件序列也由时计240起始且在V-ADC模块204及电流保护模块208中触发事件动作。可经设定以在来自时计240的规则事件时触发的动作的实例包括以下各项：V-ADC模块保护扫描、C-ADC模块电流测量、规则电流检测、高充电/放电电流检测、电流保护模块测量、短路检测及充电/放电过流检测。
V-ADC模块204、C-ADC模块206及电流保护模块208中的每一者又可充当事件产生器。举例来说，由C-ADC模块206产生的事件可在FET控制器216中触发一个或一个以上事件动作。出于此目的，C-ADC模块206借助专用路由网络219连接到FET控制器216，使得此些事件可独立于CPU 202从C-ADC模块206直接传递到FET控制器216。同样，V-ADC模块204及电流保护模块208可在FET控制器216中触发一个或一个以上事件动作。出于此目的，V-ADC模块204及电流保护模块208也借助专用路由网络219连接到FET控制器216，使得此些事件可独立于CPU 202从V-ADC模块204或电流保护模块208直接传递到FET控制器216。
可经确立以基于来自前述模块的事件触发的动作的实例为停用FET 110、112。举例来说，FET 110、112可基于以下事件中的一者或一者以上自动停用：V-ADC通道过压/欠压、V-ADC通道温度过高/温度过低、C-ADC高充电/放电电流、低电压下的C-ADC放电电流检测、电流保护模块充电/放电过流及电流保护模块短路。
所述事件系统促进在不需要固件卷入的情况下(即，独立于CPU 202)使电池管理与保护系统中的临界任务及非临界任务两者自动化。因此，举例来说，所述事件系统可帮助针对临界任务提供安全且可预测的处置及响应时间，且可减小对固件的资格限制的要求。同时，电池管理与保护系统可通过允许某些安全相关参数为用户可配置(如上文所描述)而提供灵活性。对于非临界任务，所述事件系统可帮助减少CPU 202需要处于活动模式的时间。因此，所述系统可帮助减少电力消耗。
所述事件系统还可用以支持对于电池保护事件环路并非为临界的其它事件。举例来说，来自时计240的事件可用以递增计时器/计数器242(图3及图5)。
所述事件系统还可用以独立于CPU 202以规则间隔触发各种系统校准的执行。使用所述事件系统允许与其它事件同时触发校准。由于事件同步发生，由来自时计的事件信号触发的测量也可同步执行，从而减少启用中央模块的时间。此又可减少总电力消耗。举例来说，由时计240产生的事件可帮助确保在不需要CPU 202的动作的情况下以规则间隔执行振荡器250的校准。此允许与需要相同共享资源的其它活动同时执行校准，因此使电力消耗最小化。因此，所述系统可经布置以基于时计事件中的一者或一者以上起始系统的运行时校准。
举例来说，高准确性振荡器使用相当高的电量。为解决此问题，在一些实施方案中，仅以规则时间间隔接通参考振荡器。所述时间间隔可基于(举例来说)在启动期间从非易失性存储器214自动加载到专用寄存器215的参数。举例来说，可通过以某一规则时间间隔相对于所测量温度校准振荡器来解决振荡器的温度变化。在一些实施方案中，系统130经配置以通过部分地基于V-ADC模块204读取的最后的温度读数计算参考振荡器与目标振荡器之间的目标循环比来校准振荡器。使用时计240来触发温度读数以及后续校准允许在精确确定的时间同步执行各种动作，如图7B的实例中所示。
在一些实施方案中，在缺少时计240的情况下，各种其它模块将需要实施其自己的个别预定标器，此将增加系统130的总成本。因此，在系统130中提供集中式时计240可导致成本节省。此外，在不存在中央时计的情况下，确保同步操作可更复杂。
测量子系统
如上文所指示，各种模块提供电池测量功能。所示测量子系统执行电池的自动控制的安全相关测量以及CPU控制的充电状态及健康状态电池测量。
形成电池测量子系统的部分的模块包括V-ADC 204模块、C-ADC模块206、电流保护模块208及电压参考模块248。如上文所解释，这些模块包括在系统130的启动期间独立于CPU 202自动加载有安全参数的专用寄存器215。此外，临界安全相关测量由时计240所产生的事件触发且经由事件路由网络219传递(独立于CPU 202)。因此，执行涉及CPU 202的固件控制的测量的相同模块也执行独立于CPU 202的电池的安全相关测量。使用相同硬件模块来执行两种类型的电池测量可在一些情况下减小系统130的大小及成本。
睡眠及电力管理
睡眠/电力管理控制模块246(图3)允许电池管理系统130进入一个或一个一个睡眠(即，低电力)模式以减少电力消耗。可从其中CPU 202正在执行应用程序代码的活动模式进入睡眠模式。所述应用程序代码决定何时进入睡眠模式及进入何种睡眠模式。来自启用的模块及启用的复位源的中断信号可将CPU 202从睡眠模式恢复到活动模式。
一些实施方案中可用的一种类型的睡眠模式称作空闲模式，在所述空闲模式中CPU202及非易失性存储器的操作停止。在所述空闲模式中，包括事件控制器222(上文所论述)及中断控制器262(见图3)在内的其它模块在其为启用时继续操作。来自启用的中断信号的中断请求唤醒系统130。为减少空闲模式中的电力消耗，可积极地停用未使用的模块。
一些实施方案还可支持额外或替代低电力或睡眠模式，在所述模式中系统130中的模块中的一些模块睡眠。举例来说，一些实施方案包括省电模式，在所述省电模式中，各种模块(例如，V-ADC模块204及C-ADC模块206)正常不能操作，即使其为启用的。为将省电模式中的电力消耗减少到最小值，应积极地停用从启用的振荡器操作且未使用的模块。此将停止到所述模块的时钟且因此可促进显著减少的电力消耗。
连接到事件系统的模块支持“梦游”。可出现(举例来说)其中系统130处于睡眠模式但事件系统中的特定模块需要将事件发送到另一模块的情形。如果目标模块正在睡眠(即，处于低电力模式)，那么所述事件自动地触发对目标模块的启用请求以启用目标模块，以处理所述事件且返回到睡眠。专用事件路由网络219可用以将所述启用请求传递到目标模块。正常不以给定睡眠模式操作的模块可仍以睡眠模式操作(由梦游特征触发)。
梦游特征允许形成事件系统的部分的模块(例如，时计240、V-ADC 204、C-ADC 206及电流保护模块208)甚至在系统130处于低电力(例如，睡眠)模式时继续执行临界安全功能或其它功能。因此，如(举例来说)图8中所示，如果时计240在目标模块处于低电力模块时尝试将事件发送到V-ADC模块204、C-ADC 206或电流保护模块208(框302)，那么所述事件自动地触发对目标模块的启用请求(框304)。响应于接收到所述启用请求，目标模块处理所述事件且接着返回到睡眠(框306)。因此，甚至在系统130处于睡眠或其它低电力模式时启用某些模块以执行规定任务，使得原本在缺少梦游特征的情况下所述特定模块不被允许操作。此外，梦游特征独立于CPU 202操作。因此，可在不唤醒CPU 202的情况下执行规定任务。
可如何将梦游特征用于所图解说明的实施方案中的特定实例如下文。C-ADC模块206具有可编程取样模式，使得其可针对所测量电池电流值执行瞬时转换。时计240触发事件，使得C-ADC 206以规则间隔对电池电流值进行取样。如果C-ADC模块206在取样将发生时处于睡眠模式，那么梦游特征允许C-ADC模块206醒来且执行所述瞬时转换。
同样，如果V-ADC模块204、C-ADC 206或电流保护模块208在FET控制器216处于低电力模式时尝试将事件发送到所述FET控制器，那么所述事件自动地触发对所述FET控制器的启用请求，使得所述FET控制器处理所述事件且接着返回到睡眠。
在一些实施方案中，时计240连接到计时器/计数器242(图3及图5)，计时器/计数器242可用以(举例来说)追踪时间。如果系统130在时计事件被触发时处于低电力模式，那么可使用梦游特征，使得计时器/计数器242增加计数器值。
诊断功能
为提供增强的安全，电池管理与保护系统130的一些实施方案包括可用以确保系统恰当地操作的诊断特征。
如下文所解释，电池管理系统130的外部引脚上的各种模拟信号及值可由CPU 202检验。如果任何诊断功能在其预期范围外部，那么CPU 202可致使FET控制器216停用FET 110、112(见图2)，以便维持电池安全。
举例来说，电压参考模块244可具有窗比较器，所述窗比较器连续地监视VREF引脚(见图2)以检测参考电压是否短路到接地或电力供应(VDD)。如果短路状况发生，那么CPU 202可致使FET 110、112停用以便保护系统。
CPU 202还可结合V-ADC模块204执行各种诊断检查，V-ADC模块204包括用于FET故障检测、违规充电器检测及引脚开路检测的专用电池通道(BATT)。CPU 202可通过使用电池通道上的信号来执行一个或一个以上诊断检查。举例来说，当FET 110、112完全启用时，电池侧与充电器/负载侧之间的电压降应接近零。在启用FET 110、112之后，可计算电池通道电压与单元电压之间的差以检测是否正确地接通FET。如果所测量电压不在预期范围内，那么CPU 202可停用FET。可类似地用直接测量FET电压降的单独差分通道来检测FET故障。
类似地，当充电器连接到电池管理系统时(见图1)，电池通道可用以在FET 110、112启用之前检查充电电压在可接受范围内。另外，在FET 110、112启用时测量电池通道可用以检测电池引脚未恰当地连接到印刷电路板。如果结果与电池单元电压非常不同，那么CPU 202可停用FET。
CPU 202还可相对于V-ADC模块204的PV1及NV引脚(见图2及图5)执行诊断检查。举例来说，对于PV1引脚，CPU 202可启用内部下拉电阻器以检测CPU 202是否具有到单元正端子的良好连接。如果在下拉电阻器启用时结果显著低于预期，那么CPU 202确定存在不良连接。对于NV引脚，CPU 202可启用内部上拉电阻器以检测到单元负端子的不良连接。在上拉电阻器启用的情况下，NV及PV引脚处的电压之间的差将在存在到单元的不良连接的情况下显著减小。另一方面，如果存在良好连接，那么将存在小电压差。如果任一结果在预期范围外部，那么CPU 202可停用FET 110、112。在一些实施方案中，如果在执行这些诊断功能的同时开始保护扫描，那么将自动地停用上拉及下拉电阻器，借此确保来自保护扫描的恰当结果。
CPU 202还相对于C-ADC模块206的PI及NI引脚(见图2及图5)执行诊断检查，其两者具有内部上拉源以检测到感测电阻器114的不良连接。当针对PI或NI引脚启用上拉电阻器且所述引脚具有不良连接时，转换结果将饱和到最大转换值。在一些实施方案中，如果在执行这些诊断功能的同时开始保护扫描，那么将自动地停用上拉及下拉电阻器，从而确保来自保护扫描的恰当结果。
上文论述了存在于系统130的一些实施方案中的各种优点。系统130的一些实施方案可包括除上文所论述的优点以外或替代上文所论述的优点的其它优点。举例来说，固件(即，CPU 202)可控制初始配置以适应特定应用要求，且接着可让系统自治地执行。由于固件仅处置初始配置，因此检验配置正确的努力相对低。一旦配置经设立，那么硬件在不需要固件介入的情况下自动地处置安全临界功能。固件可任选地锁定配置寄存器以免进一步CPU写入存取，以确保固件错误不会影响安全操作。
所述系统可通过消除可使所述系统的安全不可靠的固件错误的一些可能性而帮助简化消费产品资格限制。此极大地减少使系统符合各种所需安全批准所需要的努力。一些实施方案中的系统的经改善准确性可减小锂离子电池的未检测到的不安全操作状况的可能性。因此，可改善电池安全。
系统的经改善准确性可允许电池组设计者在不增加超过电池单元的安全限制的风险的情况下用更多的能量给电池组充电。此增加的电池容量使得每单位电荷更多的能量可供用户使用。所述经改善准确性还可给出剩余电池寿命的更好指示。此可帮助减少或消除其中所报告电池容量突然非常快速地从存在合理量的剩余容量的指示下降到存在非常少剩余容量且应停用系统的指示的情形。
如上文所解释，系统130的一些特征可帮助减少电力消耗。减少的电力消耗可导致新电池组的增加的保存期以及疏忽地将电池单元放电到不安全且具损坏性等级的减小的风险。
其它实施方案也在权利要求书的范围内。

Claims (41)

1.一种电池管理与保护系统，其包含：
非易失性存储器，其用于存储一个或一个以上用户可编程安全参数；
至少一个模块，其包括一个或一个以上寄存器；
基于软件的中央处理单元；及
控制器，其经布置以独立于所述中央处理单元在所述系统的启动期间将所述一个或一个以上安全参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器中的一者或一者以上。
2.根据权利要求1所述的系统，其经布置以在电池耦合到所述系统时使用由所述一个或一个以上寄存器存储的所述一个或一个以上安全参数来确定所述电池的安全功能性。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述非易失性存储器进一步存储一个或一个以上校准参数，且其中所述控制器经布置以独立于所述中央处理单元在所述系统的启动期间将所述一个或一个以上校准参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器中的一者或一者以上。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述非易失性存储器存储校准参数的第一及第二集合，且其中所述系统经布置而使得用户可选择校准参数的所述第一或第二集合中的哪一者在所述系统的启动期间由所述控制器加载到所述一个或一个以上寄存器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个模块经布置以在电池耦合到所述系统时接收指示所述电池的电压、电流或温度中的至少一者的信号，且使用由所述一个或一个以上寄存器存储的安全参数来确定所述所接收信号是否满足预定准则。
6.根据权利要求1所述的系统，其包括跨越所述系统中的多个不同模块分布的多个所述寄存器，其中所述模块中的至少一些模块经布置以在电池耦合到所述系统时接收指示所述电池的电压、电流或温度中的至少一者的信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统为锂离子电池管理与保护系统。
8.一种操作电池管理与保护系统的方法，所述方法包含：
在所述系统的启动期间将用户可编程安全参数从非易失性存储器加载到寄存器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述系统包括中央处理单元，且其中独立于所述中央处理单元执行将所述安全参数加载到所述寄存器。
10.根据权利要求8所述的方法，其包括使用由所述寄存器存储的所述安全参数来确定耦合到所述系统的电池的安全功能性。
11.一种电池管理与保护系统，其包含：
模块，其经布置以在电池耦合到所述系统时接收指示所述电池的操作特性的信息，其中所述模块包括一个或一个以上寄存器；
非易失性存储器，其用以存储用户可配置安全参数；
控制器，其用以在所述系统的启动期间将所述参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器；及
中央处理单元，其用以控制所述模块的至少一些操作；
其中所述模块经布置以至少部分地基于存储于所述寄存器中的所述参数来提供安全相关电池保护等级。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器独立于所述中央处理单元在所述系统的启动期间将所述参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述模块经布置以执行对一个或一个以上电池特性的扫描，其中一些扫描或个别测量是在所述中央处理单元的控制下执行的且其它扫描是独立于所述中央处理单元执行的。
14.根据权利要求13所述的系统，其中对于独立于所述中央处理单元执行的扫描，所述模块经布置以将电池特性的所测量值与存储于所述寄存器中的一个或一个以上参数进行比较。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述模块经布置以执行对电池电压及温度中的一者或两者的扫描。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述模块经布置以执行对电池电流的扫描。
17.一种电池管理与保护系统，其包含：
第一模块，其用以确定电池的操作特性是否在预定范围内，其中所述第一模块在所述第一模块确定所述电池的所述操作特性不在所述预定范围内的情况下产生信号；
第二模块，其用以控制是否启用耦合到所述电池的开关以允许所述电池的充电及放电；
一个或一个以上寄存器；
非易失性存储器，其用以存储用户可编程安全参数；
控制器，其用以在所述系统的启动期间自动地将所述安全参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器中的所述一者或一者以上，其中所述安全参数规定指示所述第二模块在所述第一模块确定所述操作特性不在所述预定范围内的情况下应如何响应的信息；及
专用路由网络，其用以将所述信号从所述第一模块递送到所述第二模块，其中所述第二模块经布置以响应于所述信号而控制所述开关。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述专用路由网络经布置以将所述信号直接从所述第一模块递送到所述第二模块。
19.根据权利要求17所述的系统，其包括中央处理单元，其中所述专用路由网络经布置以独立于所述中央处理单元将所述信号从所述第一模块递送到所述第二模块。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述操作特性为电池电压、电池电流或电池温度。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一模块经布置以执行对电池电压及温度中的一者或两者的扫描。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一模块经布置以执行对电池电流的扫描。
23.一种供在电池管理与保护系统中使用的方法，所述方法包含：
在第一模块中确定耦合到所述系统的电池的操作特性是否在预定范围内；及
在所述第一模块确定所述电池的所述操作特性不在所述预定范围内的情况下将信号从所述第一模块发送到第二模块，其中所述第二模块控制是否启用耦合到所述电池的开关以允许所述电池的充电及放电；
其中所述第二模块至少部分地基于存储于寄存器中的安全参数而对来自所述第一模块的所述信号做出响应。
24.根据权利要求23所述的方法，其包括经由专用路由网络将所述信号从所述第一模块递送到所述第二模块。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述系统包括中央处理单元，所述方法包括独立于所述中央计算单元将所述信号从所述第一模块递送到所述第二模块。
26.根据权利要求23所述的方法，其包括在所述系统的启动期间自动地将所述安全参数从非易失性存储器加载到所述寄存器。
27.一种具有活动模式及一个或一个以上低电力睡眠模式的电池管理与保护系统，所述系统包含：
模块，其用以接收指示电池的操作特性的信号且确定所述特性是否在预定范围内；
时计，其用以产生事件；及
专用路由网络，其用以将所述事件中的相应者从所述时计递送到所述模块，
其中所述模块可操作以甚至在所述系统处于低电力睡眠模式时从所述时计接收所述事件并对所述事件做出反应。
28.根据权利要求27所述的系统，其包括中央处理单元，其中所述模块可操作以独立于所述中央处理单元从所述时计接收所述事件并对所述事件做出反应。
29.根据权利要求27所述的系统，其包括中央处理单元，其中所述模块可操作以甚至在所述系统处于低电力睡眠模式时独立于所述中央处理单元从所述时计接收所述事件并对所述事件做出反应。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述模块可操作以甚至在所述模块处于低电力睡眠模式时从所述时计接收所述事件并对所述事件做出反应，且其中所述模块可操作以在执行由从所述时计接收的所述事件触发的规定动作之后返回到所述低电力睡眠模式。
31.一种用于电池管理与保护系统的方法，所述方法包含：
由时计产生事件；及
经由专用路由网络将所述事件从所述时计递送到模块，其中所述模块处于低电力睡眠模式；且
其中响应于从所述时计接收到所述事件，所述模块甚至在所述模块处于所述低电力睡眠模式时对来自所述时计的时钟信号做出反应。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述模块执行由来自所述时计的所述事件触发的规定动作且在执行所述规定动作之后返回到所述低电力睡眠模式。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述系统包括中央处理单元，且其中所述方法包括所述模块独立于所述中央处理单元执行由来自所述时计的所述事件触发的所述规定动作。
34.一种用于连接到电池的电池管理与保护系统，所述系统包含：
模块，其用以控制耦合到所述电池的电路是否允许进入到所述电池中及从所述电池中出来的电流流动；及
中央处理单元，其可操作以确定电池组电压是否满足规定准则，且在所述中央处理单元确定所述电池组电压不满足所述规定准则的情况下致使所述模块控制所述电路以不允许电池组端子与所述电池的单元之间的电流流动。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述中央处理单元可操作以使用所述规定准则来检测违规充电器的存在。
36.根据权利要求34所述的系统，其中所述中央处理单元可操作以使用所述规定准则来检测开路电池引脚。
37.一种用于连接到电池的电池管理与保护系统，所述系统包含：
模块，其用以控制耦合到所述电池的电路是否允许进入到所述电池中及从所述电池中出来的电流流动；及
中央处理单元，其可操作以确定所述电池的操作特性是否满足规定准则，且在所述中央处理单元确定所述操作特性不满足所述规定准则的情况下致使所述模块控制所述电路以不允许电池组端子与所述电池的单元之间的电流流动，其中所述规定准则对应于电池单元电压与电池组电压之间的预期差。
38.一种电池管理与保护系统，其包含：
中央处理单元；及
时计，其用以独立于所述中央处理单元产生不同时钟事件，
其中所述系统经布置以基于所述事件中的一者或一者以上起始所述系统的运行时校准。
39.根据权利要求38所述的系统，其经布置以独立于所述中央处理单元使用所述事件中的至少一者来起始所述系统的运行时校准，以计及电池电压或温度的改变。
40.根据权利要求38所述的系统，其包括专用路由网络，所述专用路由网络用以独立于所述中央处理单元将所述事件从所述时计递送到所述系统中的其它模块。
41.根据权利要求38所述的系统，其包括：
非易失性存储器，其用以存储供在所述校准中使用的可编程参数；
模块，其包括一个或一个以上寄存器；
控制器，其经布置以在所述系统的启动期间将所述参数从所述非易失性存储器加载到所述寄存器中的一者或一者以上。
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