CN107925239B - 电池组充电控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池组充电控制装置，用于在电池组处于恒压充电状态时唤醒睡眠模式下操作的MCU的电池组充电控制装置可包括AFE，所述AFE用于在MCU在睡眠模式下操作之前，控制过电压保护电平值使其改变成高于当前值的值，当连接外部充电器的电池组的增加电压值具有等于或者大于改变的过电压保护电平值的值时，控制过电压跳脱信号使其产生和传送到睡眠模式下操作的MCU，以唤醒睡眠模式下操作的MCU。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组充电控制装置和方法，更特别地涉及一种能够解决当睡眠模式下操作的电池组被提供小量充电电流时充电电流不被意识到的限制的电池组充电控制装置和方法。
背景技术
现有技术电池管理系统(BMS)的微控制单元(MCU)不会意识到在睡眠模式操作期间提供的小量充电电流。具体地，在电池组达到恒压(CV)充电周期之后，在MCU在睡眠模式下操作的状态下，当连接了充电器且提供充电电流时，由于电池组处于充满电状态，因此提供小量充电电流。在这一点上，频繁出现即使连接了充电器，BMS的MCU也不会从睡眠模式下唤醒的限制。
另一方面，作为用于解决BMS的MCU不会从睡眠模式唤醒的限制的方法，已经使用了一种配置能够意识到是否连接了充电器的单独电路的方法、一种改进充电器电路以产生并传送强制唤醒BMS的MCU的唤醒信号的方法、一种缩短BMS的MCU的实时时钟唤醒周期的方法，等等。但是，配置单独电路的方法或改进充电器电路的方法成为增加产品制造成本的原因，且缩短实时时钟唤醒周期的方法成为增加电池组消耗电流且缩短产品寿命的原因。
因此，需要开发一种在BMS的电池组充满电且MCU在睡眠模式下操作的状态下，当充电器连接到电池组时，能够识别充电器连接并且唤醒MCU而不需电路改进的技术。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种电池组充电控制装置和方法，其能够解决当充电器连接到在睡眠模式下操作的BMS的MCU时，在睡眠模式下操作时MCU不能检测充电器连接且不被唤醒的限制。
本发明还提供了一种电池组充电控制装置和方法，其能够在电池组充满电的BMS的MCU在睡眠模式下操作且连接充电器时，在不改进BMS的电路的情况下识别充电器连接且唤醒MCU。
技术方案
根据本发明实施例的电池组充电控制装置在电池组处于恒压充电状态时，唤醒睡眠模式下操作的微控制单元(MCU)。所述电池组充电控制装置包括：模拟前端(AFE)，用于在MCU在睡眠模式下操作之前，将过电压保护电平值改变为比当前值高的值，当由于连接到外部充电器而增加的电池组电压值等于或者大于改变的过电压保护电平值时，产生过电压跳脱信号(trip signal)并将过电压跳脱信号传送到睡眠模式下操作的MCU，以控制睡眠模式下操作的MCU的唤醒。
AFE可包括：电池组电压监控单元，用于实时获取电池组电压；MCU睡眠模式操作条件满足确定单元，用于在MCU在睡眠模式下操作之前当电路上不存在充电/放电电流，并且在睡眠模式下操作之前的MCU和外部系统之间的通信连接中断(tripped out)时，确定满足睡眠模式操作条件；电池组恒压充电状态确定单元，用于在由电池组电压监控单元获取的电压值等于或者大于所设置的存储装置中的恒压充电状态的预设电压值时，确定电池组处于恒压充电状态；过电压保护电平值自动设置单元，用于在睡眠模式下操作之前将过电压保护电平值改变为比现有值高的值；MCU睡眠模式允许信号产生单元，用于产生MCU睡眠模式允许信号和将MCU睡眠模式允许信号传送到睡眠模式下操作之前的MCU，MCU睡眠模式允许信号是用于允许将睡眠模式下操作之前的MCU的当前操作模式切换为睡眠模式的信号；充电器连接识别单元，用于通过识别由于连接外部充电器而增加的电池组电压值来识别外部充电器的连接；过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元，用于当电池组增加的电压值等于或者大于过电压保护电平值时，确定需要产生过电压保护跳脱信号；和过电压保护跳脱信号产生单元，用于产生过电压保护跳脱信号和将过电压保护跳脱信号传送至睡眠模式下操作的MCU。
当睡眠模式下操作的MCU被过电压保护跳脱信号唤醒时，过电压保护电平值自动设置单元将改变的过电压保护电平值重新改变为睡眠模式操作之前的过电压保护电平值。
另一方面，一种电池组充电控制方法包括：电池组电压获取步骤，用于实时获取电池组电压；MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤，用于确定MCU睡眠模式操作条件是否满足；恒压充电状态确定步骤，用于当MCU睡眠模式操作条件满足作为确定结果时，确定电池组是否处于恒压充电状态；过电压保护电平值改变步骤，用于当电池组处于恒定值充电状态作为确定结果时，将过电压保护电平值改变成比当前值高的值；MCU睡眠模式允许步骤，用于产生MCU睡眠模式允许信号和传送MCU睡眠模式允许信号至MCU，MCU睡眠模式允许信号是允许将MCU的当前操作模式切换为睡眠模式的信号；充电器连接识别步骤，用于通过识别由于连接外部充电器而增加的电池组电压值来识别是否连接外部充电器；跳脱信号必要性确定步骤，用于确定是否需要产生过电压保护跳脱信号，过电压保护跳脱信号是用于唤醒睡眠模式下操作的MCU的信号；和过电压保护跳脱信号产生和传送步骤，用于当确定需要产生过电压保护跳脱信号作为确定结果时，产生过电压保护跳脱信号并将过电压保护跳脱信号传送至睡眠模式下操作的MCU以唤醒MCU。
MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤可进一步包括：充电/放电电流存在确定步骤，用于确定在电路上是否存在充电/放电电流；和通信连接确定步骤，用于当不存在充电/放电电流且与外部系统的通信失败作为确定结果时，确定满足MCU睡眠模式操作条件。
通信连接确定步骤可进一步包括：通信检查信号产生和传送步骤，用于产生通信检查信号和将通信检查信号传送至MCU，通信检查信号用以请求检查是否与外部系统处于通信状态；响应信号接收步骤，用于从MCU接收作为通信检查信号的响应信号的通信连接信号或者通信失败信号；和最终MCU睡眠模式操作条件确定步骤，用于当接收到通信失败信号时，最终确定MCU睡眠模式操作条件全部满足。
在跳脱信号必要性确定步骤中，当电池组的当前电压值具有等于或大于改变的过电压保护电平值的值时，确定需要产生过电压保护跳脱信号。
电池组充电控制方法可进一步包括，当睡眠模式下操作的MCU被过电压保护跳脱信号唤醒时，将改变的过电压保护电平值重新设置为改变之前的值的步骤。
有益效果
根据本发明实施例的电池组充电控制装置和方法可允许电池管理系统的模拟前端(AFE)识别充电器连接并唤醒睡眠模式下操作的MCU。
此外，根据本发明实施例的电池组充电控制装置和方法，可在重新设置了电池管理系统的过电压保护电平值之后，在连接充电器时产生过电压保护跳脱信号并唤醒睡眠模式下操作的MCU。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的电池组充电控制装置的结构图。
图2示出根据本发明实施例的电池组充电控制方法的流程图。
图3是在根据本发明实施例的电池组充电控制方法中的MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图中示出的内容具体描述根据本发明的示范性实施例。但是，本发明不限于或者被限制为示范性实施例。在每个附图中出现的相同参考数字表示基本执行相同功能的部件。
将理解，尽管本文中可使用术语第一、第二等描述各种元件，但是这些元件不应受到术语限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，第一元件可被称作第二元件，相似地，第二元件可被称作第一元件，而不脱离示范性实施例的范围。本文中使用的术语仅用于解释本公开的具体实施例，而非限制本公开。如本文中所使用的，单数形式的“一”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。
尽管考虑到功能，本说明书中使用的技术术语选自目前广泛使用的一般技术术语，但是可根据相应领域技术人员的意图、习惯、新技术的出现等改变。有时，一些技术术语可由申请人任意选择。这种情况下，任意选择的技术术语的含义可在具体描述的相关部分中定义。因此，本文中使用的具体技术术语应当基于其唯一的含义以及本发明的整体上下文来理解。
此外，当元件被称为“包括”或者“包含”一部件时，不排除另一部件，而是可进一步包括其他部件，除非上下文中清楚地另外指出。
根据本发明实施例的电池组存储并提供电能。这种电池组可包括多个可充电/可放电电池单元。此外，电池组可包括多个电池模块。电池模块可由多个电池单元构成。换句话说，电池组可至少由多个指定数目的电池单元构成的电池模块构成。构成多个电池模块的每个电池模块彼此以各种方式串联和/或并联地电连接，以适合于电池组或负载等的规格。此外，构成了组成电池模块的多个电池单元的每个电池单元彼此串联和/或并联地电连接。此处，不特别限定电池单元类型，电池单元例如可由锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池或者镍锌电池等构成。
1.根据本发明实施例的电池组充电控制装置的实例
图1示出根据本发明实施例的电池组充电控制装置的结构图。
参考图1，根据本发明实施例的电池组充电控制装置100可包括电池组110、模拟前端(AFE)120和微控制单元(MCU)130。
当由电连接至电池组充电控制装置100的外部充电器(未示出)提供的充电电源电压充电时，电池组110可达到恒压(CV)周期，并且接近充满电状态。
AFE 120可包括电池组电压监控单元121、MCU睡眠模式操作条件满足确定单元122、电池组恒压充电状态确定单元123、过电压保护电平值自动设置单元124、MCU睡眠模式允许信号产生单元125、充电器连接识别单元126、过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元127和过电压保护跳脱信号产生单元128。
电池组电压监控单元121可监控电池组的电压值。例如，电池组电压监控单元121可测量电池组110的电压并监控MCU 130控制下的电压变化。此外，电池组电压监控单元121可根据AFE 120中设置的存储装置(未示出)，诸如ROM或RAM中预设的指定周期测量电池组110的电压，监控电压变化并将监控的电压值存储在存储装置中。
MCU睡眠模式操作条件满足确定单元122可确定电池组充电控制装置100的每一部件单元的环境是否满足MCU 130在睡眠模式下操作的条件。
具体地，MCU睡眠模式操作条件满足确定单元122可包括充电/放电电流存在确定单元(未示出)和通信连接确定单元(未示出)。
充电/放电电流存在确定单元可确定在电池组充电控制装置100的电路上是否存在充电/放电电流。作为确定结果，当在电路上不存在充电/放电电流时，可确定满足MCU睡眠模式操作条件当中的第一条件，即在电路上不存在充电/放电电流的条件。之后，充电/放电电流存在确定单元可命令通信连接确定单元开始操作。
通信连接确定单元可产生用于检查MCU 130和外部系统(未示出)是否处于通信连接状态的通信检查信号，且将通信检查信号传送到MCU 130。之后，通信连接确定单元可接收作为通信检查信号的响应信号的通信连接信号或者通信失败信号。当接收到通信失败信号时，通信连接确定单元可最终确定满足MCU睡眠模式操作条件当中的第二条件，即MCU130和外部系统之间的通信失败的条件，且MCU睡眠模式操作条件全部被满足。之后，通信连接确定单元可命令电池组恒压充电状态确定单元123开始操作。
另一方面，通信连接信号是表示电池组充电控制装置100电连接到外部系统且保持通信连接的状态的信号。通信失败信号是表示电池组充电控制装置100不电连接到外部系统且通信连接中断的状态的信号。当自通信连接确定单元接收到通信检查信号时，MCU130产生通信连接信号或者通信失败信号作为响应信号并将所产生的通信连接信号或通信失败信号传送至AFE 120。换句话说，MCU 130可产生通信连接信号或者通信失败信号以将其传送至AFE 120的MCU睡眠模式操作条件满足确定单元122。
电池组恒压充电状态确定单元123可确定电池组110是否处于恒压充电状态，即充满电状态。作为确定结果，当电池组110处于恒压充电状态时，电池组恒压充电状态确定单元123可确定电池组处于充满电状态并命令过电压保护电平值自动设置单元124开始操作。
具体地，当电池组电压监控单元121获得的电池组110电压值等于或大于恒压充电状态的预设电压值时，电池组恒压充电状态确定单元123可确定电池组110处于充满电状态。此处，根据电池组110的规格和状态，恒压充电状态的电压值可被设置成指定电压值。
过电压保护电平值自动设置单元124可改变当前过电压保护电平值以将其预设成较高值。具体地，当电池组110为充满电状态且MCU 130在睡眠模式下操作的条件全部满足时，在MCU 120在睡眠模式下操作之前，过电压保护电平值自动设置单元124可改变当前过电压保护电平值以将其预设为比当前值高3至5mV的值。之后，过电压保护电平值自动设置单元124可命令MCU睡眠模式允许信号产生单元125开始操作。
而且，当唤醒了操作中的MCU 130时，过电压保护电平值自动设置单元124可将当前过电压保护电平值再次预设为改变之前的值。
MCU睡眠模式允许信号产生单元125可产生MCU睡眠模式允许信号并将MCU睡眠模式允许信号传送到MCU 130。此处，MCU睡眠模式允许信号是用于允许MCU 130的当前操作模式被切换为睡眠模式的信号。之后，MCU睡眠模式允许信号产生单元125可命令充电器连接识别单元126开始操作。
具体地，现有电池组充电控制装置的MCU在睡眠模式操作条件满足时，自己将当前操作模式切换为睡眠模式。另一方面，根据本发明实施例的电池组充电控制装置100的MCU130仅在自AFE 120接收到MCU睡眠模式允许信号时，在睡眠模式下操作。
通过识别电池组110的电压是否由于连接充电器至电池组充电控制装置100而增加，充电器连接识别单元126可识别充电器的连接。之后，充电器连接识别单元126可命令过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元127开始操作。具体地，当电池组电压监控单元121获取的电池组110电压值增加或者超过用于确定充电器是否连接的指定电压值时，充电器连接识别单元126可识别电压值的增加，以识别充电器是否连接到电池组充电控制装置100，所述指定电压值被事先存储在所设置的存储装置中。
当电池组电压监控单元121获取的电池组110的当前电压值等于或者大于过电压保护电平值时，过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元127确定需要产生过电压保护跳脱信号。之后，过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元127可命令过电压保护跳脱信号产生单元128开始操作。此处，过电压电平值是由过电压保护电平值自动设置单元124设置的值。
过电压保护跳脱信号产生单元128可产生过电压保护跳脱信号并将过电压保护跳脱信号传送至MCU 130。具体地，过电压保护跳脱信号是能够唤醒睡眠模式下操作的MCU130的信号。
MCU 130不在睡眠模式下操作直到AFE 120传送了MCU睡眠模式允许信号。
之后，当自AFE 120接收过电压保护跳脱信号时，唤醒睡眠模式下操作的MCU 130。
2.根据本发明实施例的电池组充电控制方法的实例
图2示出根据本发明实施例的电池组充电控制方法的流程图。
参考图2，根据本发明实施例的电池组充电控制装置100的AFE 120可执行用于实时获取电池组110电压的电池组电压获取步骤210。
之后，AFE 120可执行用于确定MCU是否满足睡眠模式操作条件的MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤S220。
具体地，MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤S220可进一步执行图3中所示的步骤。
图3是在根据本发明实施例的电池组充电控制方法中用于确定是否满足MCU睡眠模式操作条件的步骤的流程图。
参考图3，AFE 120可执行用于确定在电池组充电控制装置100的电路上是否存在充电/放电电流的充电/放电电流存在确定步骤S221。作为确定结果，当在电路上存在充电/放电电流时，AFE 120转向电池组电压获取步骤210并执行相应步骤。
当在电路上不存在充电/放电电流时，AFE 120可执行用于确定MCU 120和外部系统(未示出)之间的通信是否连接的通信连接确定步骤S222。作为确定结果，当保持通信连接时，AFE 120转向电池组电压获取步骤210并执行相应步骤。具体地，AFE 120执行的通信连接确定步骤S222可进一步执行以下步骤。AFE 120可执行用于产生通信检查信号并将通信检查信号传送至MCU 130的通信检查信号产生和传送步骤。之后，AFE 120可执行用于自MCU130接收作为通信检查信号的响应信号的通信连接信号或者通信失败信号的响应信号接收步骤。当接收通信失败信号时，AFE 120可执行用于最终确定MCU睡眠模式操作条件全部满足的最终MCU睡眠模式操作条件确定步骤。
之后，AFE 120可执行用于确定电池组是否处于恒压充电状态的恒压充电状态确定步骤S230。作为确定结果，当电池组不处于恒压充电状态时，AFE 120转向电池组电压获取步骤S210并执行相应步骤。
当电池组处于恒压充电状态时，AFE 120可执行用于将过电压保护电平值改变成比当前值高的值的过电压保护电平值改变步骤S240。
之后，AFE 120可执行用于允许开始MCU睡眠模式操作的MCU睡眠模式允许步骤S250。例如，AFE 120可执行用于产生MCU睡眠模式允许信号并将MCU睡眠模式允许信号传送至MCU 130的MCU睡眠模式允许步骤S250，MCU睡眠模式允许信号是用于允许MCU 130的当前操作模式被切换成睡眠模式的信号。
之后，AFE 120可执行用于识别充电器是否连接的充电器连接识别步骤S260。例如，AFE 120可执行用于通过识别电池组110电压由于将充电器连接到电池组充电控制装置100而增加来识别充电器连接的充电器连接识别步骤S260。
之后，AFE 120可执行用于确定是否需要产生过电压保护跳脱信号的跳脱信号必要性确定步骤S270。例如，AFE 120可通过确定实时获取的电池组110的当前电压值是否等于或大于过电压保护电平值，来确定是否需要产生过电压保护跳脱信号。当电池组110的当前电压值等于或大于过电压保护电平值时，确定需要产生过电压保护跳脱信号。
作为确定结果，当确定不需要产生过电压保护跳脱信号时，AFE 120转向充电器连接识别步骤S260并执行相应步骤。
当确定需要产生过电压保护跳脱信号时，AFE 120可执行用于产生过电压保护跳脱信号并将过电压保护跳脱信号传送至MCU 130以唤醒在睡眠模式下操作的MCU 130的过电压保护跳脱信号产生和传送步骤S280。
典型地，本文中特别是权利要求(例如在权利要求主体部分)中使用的术语意为“开放性”术语(例如，“包括”应解释为“包括但不限于”，“具有”应解释为“至少具有或者具有更多”，“包含”应解释为“包含但不限于此”)。如果权利要求的具体数字意在描述所引入的权利要求，则应理解这种意图是在权利要求中明显描述的，当不存在这种描述时，即不存在这种意图。
本文中仅示出并描述了本发明的具体特征，且本领域技术人员会做出不同的修改和变化。因此应当理解，权利要求意在覆盖落入本发明范围内的修改和变化。
Claims (7)
1.一种电池组充电控制装置，所述电池组充电控制装置用于在电池组处于恒压充电状态时唤醒睡眠模式下操作的微控制单元(MCU)，所述电池组充电控制装置包括：
模拟前端(AFE)，用于在MCU在睡眠模式下操作之前，将过电压保护电平值改变为比当前值高的值，当由于连接外部充电器而增加的电池组电压值等于或者大于改变的过电压保护电平值时，产生过电压保护跳脱信号和将过电压保护跳脱信号传送到睡眠模式下操作的MCU，以控制睡眠模式下操作的MCU的唤醒，
其中AFE包括：
电池组电压监控单元，用于实时获取电池组电压；
MCU睡眠模式操作条件满足确定单元，用于在MCU在睡眠模式下操作之前当电路上不存在充电/放电电流，并且在睡眠模式下操作之前的MCU和外部系统之间的通信连接中断时，确定满足睡眠模式操作条件；
电池组恒压充电状态确定单元，用于在由电池组电压监控单元获取的电压值等于或者大于所设置的存储装置中的恒压充电状态的预设电压值时，确定电池组处于恒压充电状态；
过电压保护电平值自动设置单元，用于在睡眠模式下操作之前将过电压保护电平值改变为比现有值高的值；
MCU睡眠模式允许信号产生单元，用于产生MCU睡眠模式允许信号和将MCU睡眠模式允许信号传送到睡眠模式下操作之前的MCU，MCU睡眠模式允许信号是用于允许将睡眠模式下操作之前的MCU的当前操作模式切换为睡眠模式的信号；
充电器连接识别单元，用于通过识别由于连接外部充电器而增加的电池组电压值来识别外部充电器的连接；
过电压保护跳脱信号产生必要性确定单元，用于当电池组增加的电压值等于或者大于过电压保护电平值时，确定需要产生过电压保护跳脱信号；和
过电压保护跳脱信号产生单元，用于产生过电压保护跳脱信号和将过电压保护跳脱信号传送至睡眠模式下操作的MCU。
2.根据权利要求1所述的电池组充电控制装置，其中当睡眠模式下操作的MCU被过电压保护跳脱信号唤醒时，过电压保护电平值自动设置单元将改变的过电压保护电平值重新改变为睡眠模式操作之前的过电压保护电平值。
3.一种电池组充电控制方法，包括：
电池组电压获取步骤，用于实时获取电池组电压；
MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤，用于确定MCU睡眠模式操作条件是否满足；
恒压充电状态确定步骤，用于当MCU睡眠模式操作条件满足作为确定结果时，确定电池组是否处于恒压充电状态；
过电压保护电平值改变步骤，用于当电池组处于恒压充电状态作为确定结果时，将过电压保护电平值改变成比当前值高的值；
MCU睡眠模式允许步骤，用于产生MCU睡眠模式允许信号和传送MCU睡眠模式允许信号至MCU，MCU睡眠模式允许信号是允许将MCU的当前操作模式切换为睡眠模式的信号；
充电器连接识别步骤，用于通过识别由于连接外部充电器而增加的电池组电压值来识别是否连接外部充电器；
跳脱信号必要性确定步骤，用于确定是否需要产生过电压保护跳脱信号，过电压保护跳脱信号是用于唤醒睡眠模式下操作的MCU的信号；和
过电压保护跳脱信号产生和传送步骤，用于当确定需要产生过电压保护跳脱信号作为确定结果时，产生过电压保护跳脱信号并将过电压保护跳脱信号传送至睡眠模式下操作的MCU以唤醒MCU。
4.根据权利要求3所述的电池组充电控制方法，其中MCU睡眠模式操作条件满足确定步骤进一步包括：
充电/放电电流存在确定步骤，用于确定在电路上是否存在充电/放电电流；和
通信连接确定步骤，用于当不存在充电/放电电流且与外部系统的通信失败作为确定结果时，确定满足MCU睡眠模式操作条件。
5.根据权利要求4所述的电池组充电控制方法，其中通信连接确定步骤进一步包括：
通信检查信号产生和传送步骤，用于产生通信检查信号和将通信检查信号传送至MCU，通信检查信号用以请求检查是否与外部系统处于通信状态；
响应信号接收步骤，用于从MCU接收作为通信检查信号的响应信号的通信连接信号或者通信失败信号；和
最终MCU睡眠模式操作条件确定步骤，用于当接收到通信失败信号时，最终确定MCU睡眠模式操作条件全部满足。
6.根据权利要求3所述的电池组充电控制方法，其中在跳脱信号必要性确定步骤中，当电池组的当前电压值具有等于或大于改变的过电压保护电平值的值时，确定需要产生过电压保护跳脱信号。
7.根据权利要求6所述的电池组充电控制方法，进一步包括：
当睡眠模式下操作的MCU被过电压保护跳脱信号唤醒时，将改变的过电压保护电平值重新设置为改变之前的值的步骤。
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