CN109075403A - 电池组、控制电池组的充电的方法和包括电池组的车辆 - Google Patents
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Abstract
一种电池组包括:至少一个电池模块,包括多个电池单体并且连接在第一端子与第二端子之间;继电器,连接在第一端子与第三端子之间;以及BMS,连接到第一端子至第三端子,并且基于通过检测多个电池单体和至少一个电池模块获得的电池检测信息来产生控制连接到第三端子的充电器的充电操作的充电控制信号。
Description
技术领域
本公开涉及一种电池组、一种控制该电池组的充电的方法以及一种包括该电池组的车辆。
背景技术
通常,用于对电池组充电的充电器在向电池组供应充电电力之前测量电池组的电压。当测量电池组的电压时,充电器使用于向电池组供电的电力开关接通。当不测量电池组的电压时,充电器将电力开关保持在关断状态。
为此,电池组总是需要通电。当电池组处于通电状态时,包括在电池组中的电池管理系统(BMS)总是需要通电。
那么,总是产生电池组的自放电,使得从电池组产生不必要的放电。当这样的情况长时间保持时,产生通过BMS的自放电,使得电池组会损失。
此外,当充电器检测电池组的状态时,由于连接在电池组与充电器之间的线缆而产生测量误差,使得会存在充电效率降低的问题。
发明内容
技术问题
本发明已经致力于提供一种能够防止电池组由于电池管理系统(BMS)的自放电而损失并改善充电效率的电池组、一种控制该电池组的充电的方法和一种包括该电池组的车辆
技术方案
本发明的示例性实施例提供了一种电池组,该电池组包括:至少一个电池模块,包括多个电池单体并且连接在第一端子与第二端子之间;继电器,连接在第一端子与第三端子之间;以及电池管理系统(BMS),连接到第一端子至第三端子,并且基于通过检测多个电池单体和至少一个电池模块获得的电池检测信息来产生控制连接到第三端子的充电器的充电操作的充电控制信号。
BMS可以基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号,在正常充电中从充电器供应的电流可以比在预充电中通过充电器供应的电流高。
当开始从充电器供应充电电力时,BMS的状态可以从关闭状态改变为唤醒状态,并且BMS接通。
BMS可以通过控制器局域网络(CAN)总线与外部装置通信,并且CAN总线在唤醒状态下可以是接通的。
当BMS在唤醒状态下接收与指示停止包括电池组的车辆的操作的信号对应的内部锁定接通信号时,BMS可以基于电池检测信息控制充电器的充电操作。
当BMS接收内部锁定接通信号时,BMS可以将继电器切换为接通的。
当BMS基于电池检测信息检测到至少一个电池模块的完全充电和缺陷中的任何一个时,BMS可以改变充电控制信号并且停止充电器的充电操作。
当BMS检测到至少一个电池模块的完全充电然后检测到在电池组中流动的电流等于或小于预定阈值电流达预定阈值时间段时,BMS可以关闭。
BMS可以检测至少一个电池模块的缺陷,然后可以在预定时间段之后关闭。
根据本发明的另一示例性实施例的控制电池组的充电的方法可以应用于电池组,该电池组包括包含多个单体的至少一个电池模块和电池管理系统(BMS),并且向车辆供应电力。控制电池组的充电的方法包括:在BMS的关闭状态下,通过从充电器供应的电力使BMS唤醒;在唤醒状态下,通过BMS从车辆的控制器接收与指示停止车辆的操作的信号对应的内部锁定接通信号;以及在接收到内部锁定接通信号之后通过BMS基于通过检测多个电池单体和至少一个电池模块获得的电池检测信息来控制充电器的充电操作。
控制充电器的充电操作的步骤可以包括通过BMS基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号,在正常充电中从充电器供应的电流可以比在预充电中通过充电器供应的电流高。
控制充电器的充电操作的步骤可以包括:通过BMS基于电池检测信息确定至少一个电池模块是否完全充电;以及当至少一个电池模块完全充电时通过BMS停止充电器的充电操作。
该方法还可以包括:在至少一个电池模块的完全充电之后当在电池组中流动的电流等于或小于预定阈值电流达预定阈值时间段时,使BMS关闭。
控制充电器的充电操作的步骤可以包括:通过BMS基于电池检测信息确定至少一个电池模块是否具有缺陷;以及当至少一个电池模块具有缺陷时通过BMS停止充电器的充电操作。
该方法还可以包括在从确定至少一个电池模块的缺陷起经过预定时间段之后使BMS关闭。
本发明的又一示例性实施例提供了一种车辆,该车辆包括:电池组,包括至少一个电池模块和电池管理系统(BMS),至少一个电池模块包括多个电池单体,电池管理系统(BMS)基于通过检测多个电池单体和至少一个电池模块获得的电池检测信息产生充电控制信号;充电器,根据充电控制信号向电池组供应充电电力;以及控制器,在充电器接通之后,当从充电器接收内部锁定信号时向BMS输出内部锁定接通信号。
BMS可以被从充电器供应的电力唤醒,当BMS在预定时间段内在唤醒状态下接收内部锁定接通信号时,BMS可以基于检测信息产生控制充电器的充电操作的充电控制信号。
BMS可以基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个充电控制信号,并且充电器可以在正常充电期间向电池组供应比在预充电中供应的电流高的电流。
BMS可以基于电池检测信息检测至少一个电池模块的完全充电和缺陷中的任何一个,当至少一个电池模块完全充电或具有缺陷时,BMS可以产生指示停止充电器的充电操作的充电控制信号。
BMS可以被从充电器供应的电力唤醒,当BMS在预定时间段内在唤醒状态下接收内部锁定接通信号时,BMS可以基于电池检测信息向充电器通知电池组是否可充电。
有益效果
根据本发明的示例性实施例,可以提供能够防止电池组由于电池管理系统(BMS)的自放电而受损失并且改善充电效率的电池组、控制该电池组的充电的方法和包括该电池组的车辆。
附图说明
图1是示出根据示例性实施例的电池组和包括电池组的车辆的一部分的构造的图。
图2是示出根据示例性实施例的充电器的构造的图。
图3和图4是示出电池管理系统(BMS)、充电器和控制器的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图更充分地描述本发明,附图中示出了发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的,可以以各种不同的方式修改所描述的实施例,而均未脱离本发明的精神或范围。因此,附图和描述将被视为本质上是说明性的,而不是限制性的。贯穿说明书,同样的附图标记表示同样的元件。
贯穿此说明书和权利要求,当描述元件“耦接”到另一元件时,该元件可以“直接耦接”到所述另一元件或通过第三元件“电耦接”到所述另一元件。除非明确地描述为相反,否则词语“包括”及其各种变型将被理解为暗示包括所陈述的元件但不排除任何其他元件。
图1是示出根据示例性实施例的电池组和包括电池组的车辆的一部分的构造的图。
如图1中所示,根据示例性实施例的车辆100包括电池组1以及车辆的与电池组电连接的其他构造2。在图1中,构造2包括充电器20和控制器30。为了便于描述,图1中示出的构造2被示出为仅包括与电池管理系统(BMS)10电连接的部分构造,但是本发明不限于此。
电池组1包括BMS 10、两个电池模块11和12、继电器13和熔丝14。图1示出了电池组1包括两个电池模块11和12,但是为了描述这仅是说明性的,并且本发明不限于此。此外,示出了车辆100包括充电器20,但是充电器20可以实现为与车辆100分开的构造。
电池组1向车辆100供应电力。两个电池模块11和12中的每个包括多个电池单体,并且并联地连接在P+端子与P-端子之间。两个电池模块11和12中的每个可以检测关于多个单体的信息(例如,单体电压和单体温度)以及关于电池模块的信息(例如,在电池模块中流动的电流、电池模块的电压和电池模块的温度),并且将检测的信息发送到BMS 10。在下文中,将关于多个单体的信息和关于电池模块的信息称为电池检测信息。
熔丝14可以连接在两个电池模块11和12与B+端子之间,并且当过电流流过时可以开路。
继电器13连接在B+端子与P+端子之间,并且在BMS 10的控制下操作。例如,继电器13根据从BMS 10输出的继电器信号Re_S来开关。当充电操作开始并且从充电器20供应电力时,BMS 10可以产生接通继电器13的继电器信号Re_S。
BMS 10可以从两个电池模块11和12中的每个接收电池检测信息,通过与车辆100的充电器20和控制器30的通信来发送电池检测信息,并且从充电器20和控制器30接收用于管理电池所需的信息。例如,BMS 10与控制器30之间的通信方案可以是控制器局域网络(CAN)通信。
电池组1可以包括COM端口,并且COM端口可以包括用于CAN通信的多个端子以及用于与BMS 10和充电器20通信的多个端子。电池组1的P+端子与车辆100的P+端子连接,并且电池组1的P-端子与车辆100的P-端子连接。
当充电器20接通时,BMS 10的状态从关闭状态变为唤醒状态,并且当控制器30变为内部锁定状态时,BMS 10可以基于从两个电池模块11和12中的每个接收的电池检测信息来产生控制充电器20的操作的充电控制信号CH_C。
BMS 10可以基于电池检测信息检测电池模块11和12的状态,向充电器20通知电池模块11和12处于可充电状态,并根据充电状态产生充电控制信号CH_C。充电控制信号CH_C是脉冲宽度调制信号,并且BMS 10根据充电状态调节充电控制信号CH_C的占空比。
例如,当电池模块11和12都处于完全充电状态时,BMS 10可以产生指示完全充电的占空比为0%的充电控制信号CH_C。
在电池模块11和12的充电开始状态下,BMS 10可以产生指示预充电的占空比为12%的充电控制信号CH_C。预充电意味着根据恒定电流(CC)模式以预定的第一电流对电池组1进行充电。充电开始状态是在充电开始点处的最小单体电压等于或小于预定的第一电压的状态,当最小单体电压在充电开始之后达到预定的第二电压时,充电开始状态终止。
在充电开始状态终止之后,BMS 10可以产生指示正常充电的占空比为38%的充电控制信号CH_C。与预充电有区别的正常充电意味着根据CC模式以预定的第二电流对电池组1进行充电,并且第二电流具有比第一电流的电平高的电平。正常充电还可以包括根据恒定电压(CV)模式以预定的电压对电池组1进行充电的情况。
充电器20可以根据充电控制信号CH_C的占空比来控制供应到电池组1的电流。
除充电开始状态之外,预充电也可以在电池模块11和12中的每个的温度偏离预定的正常温度范围的状态下应用。在电池模块11和12中的每个的温度偏离正常温度范围的状态下,BMS 10可以产生指示预充电的充电控制信号CH_C。在电池模块11和12中的每个的温度在正常温度范围内的状态下,BMS 10可以产生指示正常充电的占空比的充电控制信号CH_C。
BMS 10可以基于电池检测信息检测电池模块11和12的缺陷。电池模块11和12的缺陷包括各种状态,诸如在包括在电池模块11和12中的单体之中存在具有过电压或低电压的单体的状态、电池模块11和12处于超温状态或低温状态的状态、过电流在电池组1中流动的状态、以及在包括在电池模块11和12中的单体之中存在过放电的单体的状态,电池组1在所述各种状态下不能正常操作。当BMS 10检测到电池模块11和12的缺陷时,BMS 10可以将检测到的缺陷发送到充电器20并使充电操作停止。在这种情况下,为了通知缺陷,BMS 10可以产生占空比为100%的充电控制信号CH_C,并且产生使继电器13关断的继电器信号Re_S。
当插头3连接到外部电力所供应到的插座时,充电器20被插电并且充电器20接通。当充电器20接通时,通过充电器20的P+端子向BMS 10和控制器30供应电力达预定时间段,并且内部锁定信号I/L被发送到控制器30。当充电器20从BMS 10接收到表示电池组1处于可充电状态的信息时,充电器20根据充电控制信号CH_C向电池组1供应充电电力。
考虑到从BMS 10接收的关于电池组1的信息,控制器30是控制车辆的所有操作的构造,并且可以控制车辆100的操作。关于电池组1的信息包括电池检测信息。控制器30和BMS 10可以通过CAN通信相互收发所需的信息。
当充电器20接通时,控制器30的状态从关闭状态变为唤醒状态,并且当控制器30接收到内部锁定信号I/L时,控制器30将与内部锁定信号I/L对应的输出发送到BMS 10。控制器30根据内部锁定信号I/L停止车辆100的操作。
图2是示出根据示例性实施例的充电器的构造的图。
如图2中所示,充电器20包括电力传输开关21、电力转换单元22和充电控制单元23。
电力传输开关21根据从充电控制单元23接收的充电信号CHS开关。当充电器20接通时,电力传输开关21可以接通。
电力转换单元22接收外部电力,根据电力控制信号PCS转换外部电力,并且产生输出电力。在电力传输开关21接通的同时,输出电力通过P+端子供应到电池组10和控制器30。
当充电器20被插电时,充电控制单元23使电力传输开关21接通,产生电力控制信号PCS,并且向BMS 10和控制器30供应电力达预定时间段。充电控制单元23使电力传输开关21接通,然后输出内部锁定信号I/L。当充电控制单元23在预定时间段内从BMS 10接收到表示电池组处于充电可用状态的信号时,充电控制单元23根据从BMS 10接收的充电控制信号CH_C产生电力控制信号PCS并且控制电力转换单元22的操作。
在示例性实施例中,BMS 10可以通过利用充电控制信号CH_C来向充电控制单元23通知电池组处于充电可用状态。本发明不限于此,BMS 10可以产生除了充电控制信号CH_C之外的另一信号,并且将产生的信号发送到充电控制单元23。
在下文中,将参照图3和图4描述根据示例性实施例的BMS 10、充电器20和控制器30的操作。
图3和图4是示出BMS、充电器和控制器的操作的流程图。
如图3中所示,当根据示例性实施例的BMS 10和控制器30不操作时,BMS 10和控制器30保持在关闭状态(S1和S2)。在关闭状态下,BMS 10控制继电器13关断,并且控制器30也控制整个车辆100关断。
充电器20保持在预备状态(S3),不从充电器20供应电力。使充电器20插电(S4),使充电器20接通(S5)。充电器20接通,使得从充电器20向BMS 10和控制器30供应电力达预定时间段。在充电器20接通之后,充电器20输出接通电平的内部锁定信号I/L(S6)。
然后,唤醒BMS 10和控制器30(S7和S8)。在唤醒状态下,BMS 10和控制器30通过从充电器20供应的电力而接通,并且通信功能也接通。例如,BMS 10与控制器30之间的通信方案是控制器局域网络(CAN)通信方案,BMS 10的CAN总线和控制器30的CAN总线可以接通。即使在BMS 10的唤醒状态下,继电器13也处于关断状态。
控制器30确定在唤醒之后是否接收接通电平的内部锁定信号I/L(S9)。作为操作S9的确定的结果,当接收到接通电平的内部锁定信号I/L时,控制器30向BMS 10输出表示已经接收到接通电平的内部锁定信号I/L的内部锁定接通信号I/L_ON(S10)。
在BMS 10被唤醒之后,BMS 10确定在预定时间段内是否从控制器30输入内部锁定接通信号I/L_ON(S11)。作为操作S11的确定的结果,当在预定时间段内输入内部锁定接通信号I/L_ON时,BMS 10基于电池检测信息向充电器20发送表示电池组是否可充电的信息。BMS 10基于电池检测信息执行充电控制操作(S13)。BMS 10可以在充电控制操作期间调节充电控制信号CH_C的占空比。
充电器20确定电池组1是否处于可充电状态(S12)。如上所述,BMS 10可以通过利用充电控制信号CH_C来通知电池组是否可充电。作为操作S12的确定的结果,当电池组1处于可充电状态时,充电器20根据充电控制信号CH_C执行充电操作(S14)。在充电操作期间,充电器20可以根据充电控制信号CH_C产生电力控制信号PCS并且控制供应到电池组1的电力。
如图4中所示,在充电控制操作S13中,BMS 10基于电池检测信息检测充电状态(S131)。作为操作S131的检测的结果,BMS 10可以调节充电控制信号CH_C。例如,BMS 10可以基于操作S131的检测的结果将充电控制信号CH_C调节为指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号CH_C。
此外,基于操作S131的检测的结果,BMS 10确定电池模块11和12是否完全充电或是否具有缺陷(S132和S135)。
作为操作S132的确定的结果,当电池模块11和12完全充电时,BMS 10将充电控制信号CH_C改变为指示完全充电的充电控制信号CH_C。例如,BMS 10将充电控制信号CH_C的占空比改变为0%。作为操作S132的确定的结果,当电池模块11和12未完全充电时,BMS 10保持充电操作。然后,该方法再次重复从操作S131开始的操作。
在操作S133之后,BMS 10确定是否满足自动关闭条件(S134)。自动关闭条件可以是在电池组1中流动的电流保持在等于或小于预定阈值电流的状态达预定阈值时间段的条件。作为操作S134的确定的结果,当满足自动关闭条件时,BMS 10根据操作S1关闭。作为操作S134的确定的结果,当不满足自动关闭条件时,以指示完全充电的占空比保持充电控制信号CH_C。
作为操作S135的确定的结果,当电池模块11和12具有缺陷时,BMS 10将充电控制信号CH_C改变为表示缺陷的充电控制信号CH_C。例如,BMS 10将充电控制信号CH_C的占空比改变为100%。作为操作S135的确定的结果,当电池模块11和12不具有缺陷时,BMS 10保持充电操作。然后,该方法再次重复从操作S131开始的操作。
在操作S136之后,BMS 10待机达预定时间段(S137)。在操作S137之后,BMS 10根据操作S1关闭。
如图4中所示,在充电操作S14中,充电器20根据充电控制信号CH_C确定充电模式(S141)。例如,在操作S141中,根据充电控制信号CH_C确定预充电和正常充电中的任何一个。在正常充电中,充电器20可以选择恒定电流(CC)模式和恒定电压(CV)模式中的任何一个。
根据操作S141中确定的充电模式,充电器20可以产生电力控制信号PCS并且供应充电电力(S142)。
如上所述,充电控制信号CH_C可以通过操作S133和S136中的任何一个改变。充电器20检测充电控制信号CHC_C并且确定电池模块是否完全充电以及是否具有缺陷(S143和S144)。
作为操作S143的确定的结果,当充电控制信号CH_C指示完全充电时,充电器20根据操作S3停止充电电力的供应并且处于预备状态。作为操作S143的确定的结果,当充电控制信号CH_C不指示完全充电时,再次重复操作S141。
作为操作S144的确定的结果,当充电控制信号CH_C指示缺陷时,充电器20根据操作S3停止充电电力的供应并且处于预备状态。作为操作S143的确定的结果,当充电控制信号CH_C不指示缺陷时,再次重复操作S141。
因为充电器20需要检测充电控制信号CH_C并且确定充电模式,所以可以连续地执行操作S141。
根据示例性实施例,能够使电池组与充电器之间的连接最小化,从而防止不必要地消耗电力。此外,根据示例性实施例,在电池组中使用的BMS不总是通电,使得能够使电池组中不可改变的不必要的自放电最小化。此外,与电池单体相邻的BMS可以控制充电器的充电模式,从而更准确且快速地控制充电电力。那么,可以使充电效率最大化并且可以使电池的可用性最大化。
虽然已经结合目前被认为是实际的示例性实施例描述了本发明,但是将理解的是,发明不限于所公开的实施例,而是相反地,意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
Claims (20)
1.一种电池组,所述电池组包括:
至少一个电池模块,包括多个电池单体并且连接在第一端子与第二端子之间;
继电器,连接在第一端子与第三端子之间;以及
电池管理系统,连接到第一端子至第三端子,并且基于通过检测所述多个电池单体和所述至少一个电池模块获得的电池检测信息产生控制连接到第三端子的充电器的充电操作的充电控制信号。
2.根据权利要求1所述的电池组,其中:
电池管理系统基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号,在正常充电中从充电器供应的电流比在预充电中通过充电器供应的电流高。
3.根据权利要求1所述的电池组,其中:
当开始从充电器供应充电电力时,电池管理系统的状态从关闭状态改变为唤醒状态,并且电池管理系统接通。
4.根据权利要求3所述的电池组,其中:
电池管理系统通过控制器局域网络总线与外部装置通信,并且控制器局域网络总线在唤醒状态下是接通的。
5.根据权利要求3所述的电池组,其中:
当电池管理系统在唤醒状态下接收与指示停止包括电池组的车辆的操作的信号对应的内部锁定接通信号时,电池管理系统基于电池检测信息控制充电器的充电操作。
6.根据权利要求5所述的电池组,其中:
当电池管理系统接收内部锁定接通信号时,电池管理系统将继电器切换为接通的。
7.根据权利要求1所述的电池组,其中:
当电池管理系统基于电池检测信息检测到所述至少一个电池模块的完全充电和缺陷中的任何一个时,电池管理系统改变充电控制信号并且停止充电器的充电操作。
8.根据权利要求7所述的电池组,其中:
当电池管理系统检测到所述至少一个电池模块的完全充电然后检测到在电池组中流动的电流等于或小于预定阈值电流达预定阈值时间段时,电池管理系统关闭。
9.根据权利要求7所述的电池组,其中:
电池管理系统检测所述至少一个电池模块的缺陷,然后在预定时间段之后关闭。
10.一种控制电池组的充电的方法,所述电池组包括包含多个单体的至少一个电池模块和电池管理系统,并且向车辆供应电力,所述方法包括:
在电池管理系统的关闭状态下,通过从充电器供应的电力使电池管理系统唤醒;
在唤醒状态下,通过电池管理系统从车辆的控制器接收与指示停止车辆的操作的信号对应的内部锁定接通信号;以及
在接收到内部锁定接通信号之后,通过电池管理系统基于通过检测所述多个电池单体和所述至少一个电池模块获得的电池检测信息来控制充电器的充电操作。
11.根据权利要求10所述的方法,其中:
控制充电器的充电操作的步骤包括:
通过电池管理系统基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号,
在正常充电中从充电器供应的电流比在预充电中通过充电器供应的电流高。
12.根据权利要求10所述的方法,其中:
控制充电器的充电操作的步骤包括:
通过电池管理系统基于电池检测信息确定所述至少一个电池模块是否完全充电;以及
当所述至少一个电池模块完全充电时通过电池管理系统停止充电器的充电操作。
13.根据权利要求12所述的方法,所述方法还包括:
在所述至少一个电池模块的完全充电之后当在电池组中流动的电流等于或小于预定阈值电流达预定阈值时间段时,使电池管理系统关闭。
14.根据权利要求10所述的方法,其中:
控制充电器的充电操作的步骤包括:
通过电池管理系统基于电池检测信息确定所述至少一个电池模块是否具有缺陷;以及
当所述至少一个电池模块具有缺陷时通过电池管理系统停止充电器的充电操作。
15.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括:
在从确定所述至少一个电池模块的缺陷起经过预定时间段之后使电池管理系统关闭。
16.一种车辆,所述车辆包括:
电池组,包括至少一个电池模块和电池管理系统,所述至少一个电池模块包括多个电池单体,所述电池管理系统基于通过检测所述多个电池单体和所述至少一个电池模块获得的电池检测信息产生充电控制信号;
充电器,根据充电控制信号向电池组供应充电电力;以及
控制器,在充电器接通之后,当从充电器接收内部锁定信号时向电池管理系统输出内部锁定接通信号。
17.根据权利要求16所述的车辆,其中:
电池管理系统被从充电器供应的电力唤醒,当电池管理系统在预定时间段内在唤醒状态下接收内部锁定接通信号时,电池管理系统基于检测信息产生控制充电器的充电操作的充电控制信号。
18.根据权利要求16所述的车辆,其中:
电池管理系统基于电池检测信息产生指示预充电和正常充电中的任何一个的充电控制信号,
充电器在正常充电期间向电池组供应比在预充电中供应的电流高的电流。
19.根据权利要求16所述的车辆,其中:
电池管理系统基于电池检测信息检测所述至少一个电池模块的完全充电和缺陷中的任何一个,当所述至少一个电池模块完全充电或具有缺陷时,电池管理系统产生指示停止充电器的充电操作的充电控制信号。
20.根据权利要求16所述的车辆,其中:
电池管理系统被从充电器供应的电力唤醒,当电池管理系统在预定时间段内在唤醒状态下接收内部锁定接通信号时,电池管理系统基于电池检测信息向充电器通知电池组是否可充电。
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