CN111712987B - 电池单元管理控制器、电池管理控制器和电池管理系统 - Google Patents

电池单元管理控制器、电池管理控制器和电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明包括电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器包括：第一天线，其能够使用第一频率与外部装置通信；第二天线，其能够从外部装置接收第二频率的信号；电压生成单元，其基于从第二天线接收的第二频率的信号生成电压；驱动单元，其接收基于由所述电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号；以及电池单元参数测量单元，其基于来自所述驱动单元的控制信号测量指示电池单元的状态的参数，其中所述驱动单元基于所述使能信号从待机状态转变到唤醒状态。

Description

电池单元管理控制器、电池管理控制器和电池管理系统
技术领域
本发明涉及一种用于基于电池单元监测电池的状态的设备和方法。
背景技术
近来，已经积极地进行了对二次电池的研究和开发。这里，二次电池是能够被充电和放电的电池，并且包括传统的Ni/Cd电池和Ni/MH电池以及最近的锂离子电池。在这些二次电池当中，锂离子电池具有能量密度比传统Ni/Cd电池和Ni/MH电池高得多的优点。此外，可以以小尺寸和轻重量的趋势制造锂离子电池，从而将其用作移动设备的电源。另外，锂离子电池的使用范围扩展为电动车辆的电源，使得锂离子电池作为下一代能量存储介质而引起关注。
二次电池通常用在由多个电池组组成的电池系统中。构成电池系统的电池组被配置为串联或并联连接的多个电池模块，并且每个电池模块可以包括多个电池单元。这种电池系统的状态和操作由电池管理系统(BMS)管理和控制。BMS包括对应于主机的电池管理控制器(BMC)和分别用于控制多个电池组的多个电池单元管理控制器(cell managementcontroller,CMC)。然后，包括在电池组中的每个电池模块和包括在电池模块中的每个电池单元的状态由相应的CMC监测并由BMC收集，使得电池系统由BMS监测。
因此，为了使BMS准确地确定电池单元的状态，必须高效地操作BMC和CMC。
发明内容
技术问题
本发明的目的是在传统的电池管理系统中，当BMC和CMC无线通信时，使CMC能够高效地与BMC通信，而不会周期性地唤醒。
本发明的另一个目的是提供一种安全路径，以传送由CMC监测的电池模块的故障状态。
技术方案
根据本发明实施方式的电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器包括：第一天线，所述第一天线能够使用第一频率与外部装置通信；第二天线，所述第二天线能够从所述外部装置接收第二频率的信号；电压生成单元，所述电压生成单元被配置为基于在所述第二天线处接收的所述第二频率的信号生成电压；驱动单元，所述驱动单元被配置为接收基于由所述电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号；以及电池单元参数测量单元，所述电池单元参数测量单元被配置为基于来自所述驱动单元的控制信号测量指示电池单元的状态的参数，其中，所述驱动单元基于所述使能信号从待机状态转变到唤醒状态。
在本实施方式中，第一频率与第二频率可以是不同的频率，或者可以是相同的频率。
在本实施方式中，所述第二频率的信号具有比所述第一频率的信号更高的能量密度。
在本实施方式中，第二频率的信号可以是CW信号。
在本实施方式中，该电池单元管理控制器还可以包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路被配置为匹配阻抗以在第二天线处接收所述第二频率的信号。
在本实施方式中，电池管理控制器还可以包括放电电路，所述放电电路被配置为释放在所述电压生成单元中累积的能量。
在本实施方式中，所述驱动单元可以基于从所述电池单元参数测量单元接收到的所述电池单元的参数值来确定所述电池单元是否异常，并且当确定所述电池单元中发生异常时，以第三频率向所述外部装置发送指示所述电池单元的异常状态的故障信号。
在本实施方式中，第一频率和第三频率可以是不同的频率或者可以是相同的频率。
在本实施方式中，所述第三频率的信号具有比所述第一频率的信号更高的能量密度。
在本实施方式中，第三频率的信号可以是CW信号。
在本实施方式中，可以通过所述第一天线发送所述故障信号。
在本实施方式中，所述电池单元管理控制器还可以包括被配置为向所述驱动单元供电的电源电路，其中，当输入由所述电压生成单元生成的电压时，所述电源电路可以向所述驱动单元施加使能信号，其中，所述驱动单元基于从所述电源电路施加的所述使能信号转变到唤醒状态。
在本实施方式中，所述电池单元管理控制器还可以包括被配置为向所述驱动单元供电的电源电路，其中，所述电源电路可以总是向所述驱动单元供电，其中，所述驱动单元可以接收由所述电压生成单元生成的电压作为所述使能信号。
根据本发明另一实施方式的一种电池管理控制器包括：第一天线，所述第一天线能够使用第一频率和第二频率与外部装置通信；和控制单元，所述控制单元被配置为生成用于将所述外部装置从待机状态转变到唤醒状态的唤醒信号作为所述第二频率的信号，通过所述第一天线将所述信号发送到所述外部装置，并且使用所述第一频率与所述外部装置执行数据发送和接收，其中，所述控制单元生成所述第一频率的信号和所述第二频率的信号，使得所述第二频率的信号的能量密度大于所述第一频率的信号的能量密度。
在本实施方式中，该电池管理控制器还可以包括能够从所述外部装置接收第三频率的信号的第二天线，其中，当从所述第二天线接收到所述第三频率的信号时，所述控制单元可以确定在由所述外部装置监测的电池单元中发生异常。
在本实施方式中，当所述控制单元检测到从所述第二天线接收到具有预定基准的能量或更大的能量的第三频率的信号时，所述控制单元可以确定在由所述外部装置监测的所述电池单元中发生异常。
在本实施方式中，电池管理控制器还可以包括：阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路被配置为匹配阻抗，使得所述第二天线能够接收第三频率的信号；和放电电路，所述放电电路被配置为释放通过所述阻抗匹配电路接收的信号累积的能量。
根据本发明另一实施方式的一种电池管理系统，该电池管理系统包括：多个电池单元管理控制器，所述多个电池单元管理控制器被配置为监测电池单元的状态；和电池管理控制器，所述电池管理控制器被配置为与所述电池单元单元管理控制器通信，以从所述电池单元管理控制器接收针对所述电池单元测量的参数值，其中，所述多个电池单元管理控制器中的每一个包括：第一天线，所述第一天线被配置为使用第一频率与所述电池管理控制器通信，第二天线，所述第二天线被配置为从所述电池管理控制器接收第二频率的信号，电压生成单元，所述电压生成单元被配置为基于在所述第二天线处接收的所述第二频率的信号生成电压，驱动单元，所述驱动单元被配置为接收基于由所述电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号，以及电池单元参数测量单元，所述电池单元参数测量单元被配置为基于来自所述驱动单元的控制信号测量指示所述电池单元的状态的参数，其中，所述驱动单元基于所述使能信号从待机状态转变到唤醒状态。
在本实施方式中，在所述多个电池单元管理控制器中的每一个中，所述驱动单元基于从所述电池单元参数测量单元接收到的所述电池单元的参数值来确定所述电池单元是否异常，并且当确定在所述电池单元中发生异常时，以预设的第三频率向所述电池管理控制器发送指示所述电池单元的异常状态的故障信号，其中，所述预设的第三频率是所述多个电池单元管理控制器当中的彼此不同的频率。
在本实施方式中，所述电池管理控制器可以扫描包括不同第三频率的频率范围(所述多个电池单元管理控制器以所述不同第三频率发送故障信号)，以从所述多个电池单元管理控制器接收故障信号。
有益效果
根据本发明的一个方面，CMC的待机功率可以实现为接近“0”，从而减少电池电流消耗以防止电池放电。
根据本发明的一个方面，可以在不添加RF模块的情况下将故障信号传送到BMC。另外，根据本发明的一个方面，可以立即传送故障信号。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的电池单元管理控制器的示意图。
图2是根据本发明实施方式的电池状态监测方法的简化流程图。
图3是根据本发明实施方式的电池单元管理控制器和电池管理控制器的示意图。
图4示出了根据本发明的实施方式或另一实施方式的多级整流器电路的实现方式。
图5是根据本发明另一实施方式的电池单元管理控制器的示意图。
图6是根据本发明另一实施方式的电池状态监测方法的简化流程图。
图7是根据本发明另一实施方式的电池单元管理控制器和电池管理控制器的示意图。
具体实施方式
在下文中，将通过示例性附图来详细描述本发明的一些实施方式。应当注意，在将附图标记分配给每个附图的组件时，尽管组件显示在不同的附图上，但是相同的附图标记表示相同的组件。另外，在描述本发明概念时，如果确定公知配置或功能将使本发明概念的主题模糊不清，则将省略该公知配置或功能的详细描述。
为了管理传统BMS中的电池的状态和性能，当对应于主机的电池管理控制器(BMC)从更高级别的控制器接收到操作开始命令时，BMC唤醒作为对应于从设备的较低级别控制器的电池单元管理控制器(CMC)，以开始监测指示电池状态的参数(诸如对应CMC所连接的电池单元的电压或温度)。这里，BMC和CMC是包括在BMS中的模块。
在BMC和CMC之间的传统无线通信中，由于CMC不是有线的，因此CMC连续地或周期性地唤醒以从BMC接收唤醒信号，同时持续地消耗电流。由于CMC的持续电流消耗，因此消耗了不必要的电流，这可能导致未来的电池放电。
因此，为了从BMC接收用于检查电池状态的信号，需要比CMC周期性地唤醒的方法更高效且节省电流的方法。
此外，为了安全起见，在CMC检查电池单元的状态(通过测量电池单元的电压和温度来检查电池单元的状态)之后，如果确定电池单元(或模块)的状态存在问题，则需要各种路径来向BMC传送故障信号。下面将描述用于解决该问题的本发明的配置和操作方法。
首先，将参照图1描述根据本发明实施方式的电池单元管理控制器100。
图1是根据本发明实施方式的电池单元管理控制器100的示意图。
电池单元管理控制器100包括第二天线102、阻抗匹配电路104、电压生成单元106、电源电路108、电池单元参数测量单元110、驱动单元112、RF模块114和第一天线116。
这里，电池的类型没有特别限制，并且电池可以是例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。
此外，电池由多个电池单元串联和/或并联连接的电池模块形成，并且多个电池模块串联和/或并联连接以形成电池组。电池可以包括一个或多个电池组。
第二天线102从外部装置(例如，BMC)接收具有第二频率的RF信号。与第二天线102不同，第一天线116可从外部装置接收具有第一频率的RF信号并执行一般通信。第二天线102接收的RF信号通过阻抗匹配电路104进行阻抗匹配。即，阻抗匹配电路104从接收到的RF信号中选择具有作为预匹配频率的第二频率的RF信号，并将该RF信号传送到电压生成单元106。
在第二天线102处从外部装置接收的RF信号被传送到电压生成单元106。
从第二天线102接收RF信号的电压生成单元106使用接收到的RF信号生成电压。即，电压生成单元106基于在第二天线102处接收到的具有第二频率的RF信号生成电压。第二天线102接收的具有第二频率的RF信号具有比第一天线116发送和接收的具有第一频率的RF信号更高的能量密度，以与BMC通信。这是因为应该基于具有第二频率的RF信号来生成可以用作稍后描述的使能信号的电压。具有该第二频率的RF信号可以是不包括数据的信号。即，具有第二频率的RF信号可以是非调制信号。例如，具有第二频率的RF信号可以是连续波(CW)信号。即，具有第二频率的RF信号可以简单地是用于向电池单元管理控制器100发送预定能量密度或更大能量密度的能量的信号。
电压生成单元106可以是例如多级整流器电路。然而，由于难以利用接收到的RF信号产生足以将驱动单元112转换到唤醒状态的电压，因此可以多级地实现直到形成高电压所需的电压。即，在多级整流器电路中，可以根据要从具有第二频率的RF信号生成的电压来调整级数。
电压生成单元106可包括多个二极管和多个电容器以形成多级整流器电路。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
当电压生成单元106接收到RF信号并生成电压时，驱动单元112通过对其进行检测而被使能。即，驱动单元112接收基于由电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号。此时，驱动单元112从电源电路108接收电力。驱动单元112可以是例如控制电池单元管理控制器100中的每个组件的微控制器单元(MCU)。MCU是在大多数电子产品中采用的核心芯片，并且用作电子产品的大脑，并且是控制产品的各种特性(从简单的时间预留到特殊功能)的非存储半导体(系统半导体)。
通过从电源电路108接收使能信号而被使能的驱动单元112使能RF模块114。
电池单元参数测量单元110连接到电池，并基于由驱动单元112接收的控制信号测量指示电池单元的状态的参数。表示电池单元的状态的参数可以是电压或温度中的至少一个。虽然在该图中将电池单元参数测量单元110示出为一个部件，但是电池单元参数测量单元110可以被配置为分开的部件，即电池单元电压测量单元和电池单元温度测量单元。由电池单元参数测量单元110测量的电池单元的电压和温度的数据被发送到驱动单元112。
基于从电池单元参数测量单元110接收的电池单元的参数值，驱动单元112确定电池单元是否异常。即，从电池单元参数测量单元110接收关于电池单元的电压和温度的数据的驱动单元112确定所测量的电池单元的电压和温度是否在电池单元的正常操作的范围内。例如，如果测量的电池单元电压大于第一阈值或小于第二阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。如果在驱动单元112中确定电池单元的状态有问题，则允许RF模块114产生预设频率的故障信号。此外，例如，如果测量的电池单元温度大于第三阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。如果驱动单元112确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块114生成故障信号。即，当确定在电池单元中已经发生异常时，以不同于第一频率的第三频率向外部装置发送指示电池单元的异常状态的故障信号。
此时，与第二频率的信号一样，以第三频率发送的信号也具有比为了与BMC通信而发送和接收的具有第一频率的RF信号更高的能量密度。这是因为必须基于具有第三频率的RF信号在电池管理控制器(BMC)中产生电压。然后，作为具有第三频率的RF信号的故障信号可以是不包括数据的信号。即，具有第三频率的RF信号可以是未调制信号。例如，具有第三频率的RF信号可以是连续波(CW)信号。即，故障信号可以简单地是用于将预定能量密度或更大能量密度的能量传递到BMC的信号。
在本实施方式中，驱动单元112和电池单元参数测量单元110被描述为单独的组件，但是它们是示例性的，并且它们可以在一个集成组件中实现。
当驱动单元112接收到基于由电压生成单元106生成的电压的使能信号时，驱动单元112使能RF模块114。此外，当驱动单元112确定电池单元的状态存在问题，并且从驱动单元112接收到故障信号生成信号时，RF模块114生成具有第三频率的故障信号，并且将故障信号发送到第一天线116。
第一天线116从RF模块114接收故障信号。从RF模块114接收故障信号的第一天线116将故障信号发送到外部装置(例如，BMC)。即，通过第一天线发送故障信号。第一天线116是除了向BMC发送故障信号之外还通常与BMC通信的天线。
另外，尽管图中未示出，但是还可以包括放电电路，该放电电路用于将在多级整流器电路(即，电压生成单元106)中累积的能量释放。在多级整流器电路中，一些能量可由除了第二频率的信号之外的信号或噪声累积。如果累积能量变得大于一定程度，则电压生成单元106即使在没有接收到第二频率的RF信号时也产生电压，从而使得驱动单元112被使能。因此，需要周期性地放电或者当在多级整流器电路中累积的能量满足预定条件时(例如，当累积的能量高于基准值时)放电。
图2是根据本发明实施方式的电池状态监测方法的简化流程图。
因为电池单元管理控制器100仅消耗MCU锁存所需的电力直到从BMC接收到RF信号，所以电池单元管理控制器100可以等待而仅消耗接近于“0”的待机功率。也就是说，因为电池单元管理控制器100在接收到RF信号之后操作，所以它不需要在接收到RF信号之前周期性地唤醒。
电池单元管理控制器100处于待机状态，第二天线102从外部装置(例如，BMC)接收具有第二频率的RF信号(S200)。此时，阻抗匹配电路104从接收自第二天线102的RF信号中选择预匹配频率的RF信号，并将该RF信号传送到电压生成单元106。
在第二天线102处从BMC接收的RF信号被传送到电压生成单元106。从第二天线102接收RF信号的电压生成单元106生成用于向驱动单元112发送使能信号的电压(S202)。
电压生成单元106可以是例如整流器电路。然而，由于构成电压生成单元106的整流器电路难以使用接收到的RF信号生成足以生成使能信号并将该使能信号发送到驱动单元112的电压，因此可以多级地实现高达形成高电压所需的电压。
电压生成单元106可包括多个二极管和多个电容器以形成多级整流器电路。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
当电压生成单元106接收到RF信号并生成电压时，驱动单元112对此进行检测(S204)。即，驱动单元112接收基于由电压生成单元106生成的电压的使能信号。检测由电压生成单元106生成的电压的驱动单元112被使能以使能电池单元管理控制器100中的每个电路(S206)。驱动单元112可以是例如控制电池单元管理控制器100中的每个组件的MCU。
也就是说，驱动单元112使能RF模块114。从驱动单元112接收使能信号的电源电路108从电池接收电流并向RF模块114供电。在本实施方式中，驱动单元112从电源电路108接收最小的连续功率。电池单元参数测量单元110可以直接由电池供电，或者可以由电源电路108供电。
接收到来自驱动单元112的电池单元参数测量信号(控制信号)的电池单元参数测量单元测量电池单元的电压和温度(S208)。电池单元参数测量单元110连接到电池单元以测量电池单元的电压和温度。电池单元参数测量单元110测量电池单元的电压和温度，并将电池单元的电压和温度数据发送到驱动单元112。
接收由电池单元参数测量单元110测量的电池单元的电压和温度数据的驱动单元112基于接收到的电池单元的电压和温度数据确定在电池单元中是否发生问题(S210)。
例如，如果测得的电池单元的电压大于第一阈值或小于第二阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。此外，如果测得的电池单元温度大于第三阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。
如果确定电池单元的状态是驱动单元112中的问题，则这允许RF模块114生成故障信号并通过第一天线116将故障信号发送到外部设备(S212)。故障信号是具有与第二天线接收的RF信号不同的频率的信号。另外，故障信号是具有在外部装置中阻抗匹配的频率的信号。
如果驱动单元112确定电池单元的状态没有问题，则驱动单元112终止操作并再次进入待机模式。然而，即使当确定电池单元的状态没有问题时，驱动单元112也可以允许RF模块114生成具有与故障信号的频率不同的频率的信号。这可以预先设置。
图3是本发明实施方式的CMC和BMC的示意图。CMC是监测/管理电池单元和模块的状态的模块。BMC是基于来自CMC的信息诊断、估计和管理电池状态的模块。
连接到每个电池的CMC模块包括第一天线a1、第二天线b1、阻抗匹配电路、多级整流器电路、MCU、RF模块、电池单元参数测量单元和电源电路。
另外，BMC包括第一天线a2、第二天线b2、MCU、RF模块、多级整流器电路和阻抗匹配电路。如上所述，CMC和BMC还可以包括放电电路，该放电电路用于将多级整流器电路中积累的能量释放。
BMC的MCU允许RF模块产生具有第二频率的RF信号，并使用第一天线a2将RF信号发送到CMC模块。即，BMC的控制单元生成用于将CMC从待机状态转换到唤醒状态的唤醒信号作为具有第二频率的信号，使得其通过第一天线a2将信号发送到CMC，并且使用具有第一频率的RF信号与CMC执行一般数据发送/接收。通过CMC的第一天线a2发射的RF信号由第二天线b1接收，然后由阻抗匹配电路进行频率匹配并被发送到MCU。
具有第二频率的信号不是用于CMC和BMC之间的数据通信的信号。由于具有第二频率的信号仅从待机状态转换到唤醒状态，因此不需要在信号中包括命令或数据。相反，由于应当通过使用具有第二频率的信号来生成使MCU能够转换到唤醒状态的使能信号，因此必须具有预定的能量密度。即，具有第二频率的信号的能量密度应当大于当CMC和BMC通信时使用的具有第一频率的信号的能量密度。换句话说，具有第二频率的信号主要用于传递能量，而不是用于传输数据。
当第二天线b1从第一天线a2接收到RF信号时，多级整流器电路生成电压。然而，由于难以利用接收到的RF信号产生足以使MCU转变到唤醒状态的电压，因此可以多级地配置直到高电压形成所需的电压。
多级整流器电路可以包括多个二极管和多个电容器。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
整流多级电路接收RF信号并产生电压以将使能信号传送到MCU，MCU检测到该信号并被使能。MCU仅从电源电路接收最小功率并等待使能信号。被使能的MCU使能每个电路。
MCU使能射频模块。从MCU接收使能信号的电源电路被使能以从电池接收电流并向MCU和RF模块供电。
电池单元参数测量单元连接到电池并测量连接的电池的电压和温度。虽然在该图中将电池单元参数测量单元示出为一个部件，但是电池单元参数测量单元110可以被配置为分开的部件，即电池单元电压测量单元和电池单元温度测量单元。与电池单元参数测量单元测量的电池单元的电压和温度有关的数据被发送到MCU。
从电池单元参数测量单元接收与电池单元的电压和温度有关的数据的MCU确定所测量的电池单元的电压和温度是否在电池单元的正常操作的范围内。例如，如果测得的电池单元的电压大于第一阈值或小于第二阈值，则MCU确定电池单元的状态存在问题。如果MCU确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块生成故障信号。此外，例如，如果测得的电池单元温度大于第三阈值，则MCU确定电池单元的状态存在问题。如果MCU确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块生成故障信号。
当MCU检测到多级整流器电路产生的电压并被使能时，RF模块通过从MCU接收使能信号而被使能。此外，当MCU确定电池单元的状态存在问题并且从MCU接收到故障信号生成信号时，RF模块114生成故障信号并且将故障信号发送到第一天线a1。故障信号具有与在第二天线b1处接收的RF信号不同的频率。
第一天线a1从RF模块接收故障信号。从RF模块接收到故障信号的第一天线a1向BMC发送相应的故障信号。故障信号具有与第一频率和第二频率不同的第三频率。这里，具有第三频率的信号不是具有数据的信号。具有第三频率的信号仅需要通知BMC电池单元不正常。因此，不需要在该信号中包括命令或数据。相反，它必须能够检测到在BMC处接收到具有第三频率的信号，因此它需要具有预定的能量密度。即，具有第三频率的信号的能量密度应当大于当CMC和BMC通信时使用的具有第一频率的信号的能量密度。换句话说，具有第三频率的信号的传输主要用于通知通过能量的传递发生了特定事件。
BMC的第二天线b2接收从CMC发送的故障信号。故障信号的频率被预先设置，并且是由BMC的阻抗匹配电路匹配的信号，并且在第二天线b2处被接收。
通过BMC的第二天线b2接收的故障信号可以由BMC的MCU检测，以确定在由相应CMC监测的电池单元中出现问题。即，当BMC的控制单元从第二天线b2接收到具有第三频率的信号时，BMC的控制单元确定在由CMC监测的电池单元中发生异常。
第一天线a1从RF模块接收故障信号。从RF模块接收到故障信号的第一天线a1将故障信号发送到BMC。
另外，CMC的第一天线a1用作用于使用具有第一频率的RF信号与BMC的第一天线a2执行一般通信的通信路径。然后，CMC的第一天线a1向BMC的第二天线b2发送具有第三频率的故障信号。另外，CMC的第二天线b1从BMC的第一天线a2接收唤醒信号。
图4示出了根据本发明实施方式的多级整流器电路的实现方式。
接收RF信号并产生电压的多级整流器电路可以多级实现，直到形成高电压所需的电压。
多级整流器电路包括多个二极管和多个电容器。每个电容器的一端并联连接到输入RF信号的输入端子，并且并联连接的每个二极管的一端连接到每个电容器的另一端。另外的电容器连接到并联连接到每一电容器的另一端的二极管中的一个的另一端。另外，从连接到电容器的另一端的二极管的另一端输出电压，所述电容器连接到并联连接到输入RF信号的输入端子的电容器中的最端。
多级可以根据并联连接到输入单元的电容器的数目来实现，并且多级的数目可以根据期望的电压来调整和实现。
另外，多级整流器电路中包括的二极管可以是具有低阈值电压和用于快速整流和高电压形成的快速状态转变速度的RF二极管。
此外，图4所示的多级整流器电路仅为示例，且可应用其它多级整流器电路。
另外，根据图1至图4的CMC和BMC可以关于第一频率至第三频率以不同的方式操作。在下文中，将描述基于图3的CMC和BMC配置的另一操作方法。
作为另一操作方案的示例，第一频率信号和第二频率信号的频率可以相同。在执行数据通信或命令传输时使用的信号的能量密度低，使得难以产生电路部件操作所需的电压。因此，为了产生用于使能信号的电压以将CMC的MCU转变为唤醒状态，RF信号必须具有预定的能量密度。因此，代替改变第一频率信号和第二频率信号的频率，可以改变每个信号的能量密度，以便将信号区分为用于通信的信号和用于唤醒的信号。
作为另一操作方案的另一示例，第一频率信号和第三频率信号的频率可以相同。第三频率信号不需要传输数据，因为第三频率信号是故障信号，BMC只需要知道接收到第三频率信号。即，预定能量可以仅从CMC传递到BMC。因此，与第二频率信号的情况类似，第三频率信号可以通过改变每个信号的能量密度而不是改变频率来区分用于通信的信号与故障信号。
这样，当第一频率信号与第二频率信号的频率相同时，BMC仅需一个RF模块，由此节省了成本与安装空间。另外，这样，当第一频率信号与第三频率信号的频率相同时，CMC仅需要一个RF模块，由此节省了成本和安装空间。
图5是根据本发明另一实施方式的电池单元管理控制器的示意图。
电池单元管理控制器100包括第二天线102、阻抗匹配电路104、电压生成单元106、电源电路108、电池单元参数测量单元110、驱动单元112、RF模块114和第一天线116。
这里，电池的类型没有特别限制，并且电池可以是例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。
此外，电池由多个电池单元串联和/或并联连接的电池模块形成，并且多个电池模块串联和/或并联连接以形成电池组。电池可以包括一个或多个电池组。
第二天线102从外部装置(例如，BMC)接收具有第二频率的RF信号。在由第二天线102接收的RF信号当中具有由阻抗匹配电路104匹配的频率的RF信号被传送到电压生成单元106。即，阻抗匹配电路104从通过第二天线102接收的RF信号中选择具有预匹配的第二频率的RF信号，并将该RF信号发送到电压生成单元106。
从第二天线102接收RF信号的电压生成单元106使用接收到的RF信号生成电压。即，电压生成单元106基于在第二天线102处接收到的具有第二频率的RF信号生成电压。第二天线102接收的具有第二频率的RF信号具有比第一天线116发送和接收的具有第一频率的RF信号更高的能量密度，以与BMC通信。具有该第二频率的RF信号可以是不包括数据的信号。即，具有第二频率的RF信号可以是未调制信号。例如，具有第二频率的RF信号可以是连续波(CW)信号。即，具有第二频率的RF信号可以简单地是用于向电池单元管理控制器100发送预定能量密度或更大能量密度的能量的信号。
电压生成单元106可以是例如多级整流器电路。然而，由于难以利用接收到的RF信号产生足以将驱动单元112转换到唤醒状态的电压，因此可以多级地实现直到形成高电压所需的电压。即，在多级整流器电路中，可以根据要从具有第二频率的RF信号生成的电压来调整级数。
电压生成单元106可包括多个二极管和多个电容器以形成多级整流器电路。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
当电压生成单元106接收到RF信号并生成电压时，电源电路108通过检测该电压而被使能。换句话说，由电压生成单元106生成的电压变为用于使能电源电路108的使能信号。当输入由电压生成单元生成的电压时，电源电路向驱动单元112施加使能信号。使能电源电路108使能每个电路。使电源电路108能够向电池单元管理控制器100内的每个电路配置、驱动单元112和RF模块114供电。
从电源电路108接收电力的驱动单元112基于从电源电路108施加的使能信号而转换到唤醒状态。唤醒的驱动单元112向电池单元参数测量单元110发送控制信号以测量电池单元的电压或温度。
电池单元参数测量单元110连接到电池，并基于由驱动单元112接收的控制信号测量指示电池单元的状态的参数。表示电池单元的状态的参数可以是电压或温度中的至少一个。虽然在该图中将电池单元参数测量单元110示出为一个部件，但是电池单元参数测量单元110可以被配置为分开的部件，即电池单元电压测量单元和电池单元温度测量单元。与电池单元参数测量单元110测量的电池单元的电压和温度的有关数据被发送到驱动单元112。
基于从电池单元参数测量单元110接收的电池单元的参数值，驱动单元112确定电池单元是否异常。即，从电池单元参数测量单元110接收与电池单元的电压和温度有关的数据的驱动单元112确定所测量的电池单元的电压和温度是否在电池单元的正常操作的范围内。例如，如果测得的电池单元电压大于第一阈值或小于第二阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。如果驱动单元112确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块114生成故障信号。此外，例如，如果测得的电池单元温度大于第三阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。如果驱动单元112确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块114生成故障信号。即，当确定在电池单元中已经发生异常时，以不同于第一频率的第三频率向外部装置发送指示电池单元的异常状态的故障信号。
此时，与第二频率的信号一样，以第三频率发送的信号也具有比为了与BMC通信而发送和接收的具有第一频率的RF信号更高的能量密度。然后，作为具有第三频率的RF信号的故障信号可以是不包括数据的信号。即，具有第三频率的RF信号可以是未调制信号。例如，具有第三频率的RF信号可以是连续波(CW)信号。即，故障信号可以简单地是用于将预定能量密度或更大能量密度的能量传递到BMC的信号。
RF模块114由电源电路108供电，并通过驱动单元112而被使能。此外，当驱动单元112确定电池单元的状态存在问题，并且从驱动单元112接收到故障信号生成信号时，RF模块114生成具有第三频率的故障信号，并且将该故障信号发送到第一天线116。
第一天线116从RF模块114接收故障信号。从RF模块114接收故障信号的第一天线116将故障信号发送到外部装置(例如，BMC)。第一天线116是除了向BMC发送故障信号之外还通常与BMC通信的天线。
此外，尽管图中未示出，但是可以进一步包括用于将多级整流器电路中累积的能量释放的放电电路。放电电路周期性地或者当在多级整流器电路中累积的能量满足预定条件(例如，当累积的能量高于参考值时)时释放能量。
图6是根据本发明另一实施方式的电池状态监测方法的简化流程图。
由于电池单元管理控制器100在通过第二天线b1接收RF信号之后操作，所以不需要在接收RF信号之前周期性地唤醒以从BMC接收信号。
电池单元管理控制器100处于正常待机状态，第二天线102从外部装置(例如，BMC)接收RF信号(S500)。
在由第二天线102接收的RF信号当中，仅具有由阻抗匹配电路104匹配的频率的RF信号被发送到电压生成单元106。
在第二天线102处从BMC接收的RF信号被传递到电压生成单元106。从第二天线102接收RF信号的电压生成单元106生成用于将电源电路108转换到唤醒状态的电压(S502)。此时，基于所产生的电压将使能信号施加到电源电路108。
电压产生单元106可以是例如多级整流器电路。然而，由于难以产生足以利用接收到的RF信号将电源电路108转换到唤醒状态的电压，因此可以多级地实现直到形成高电压所需的电压。
电压产生单元106可包括多个二极管和多个电容器以形成多级整流器电路。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
当电压生成单元106接收RF信号以产生电压时，电源电路108接收该电压并被使能(S504)。由电压生成单元106生成的电压使能的电源电路108通过供电使能电池单元管理控制器100中的每个电路(S506)。驱动单元112可以是例如控制电池单元管理控制器100中的每个组件的MCU。
接收到使能信号并转换到唤醒状态的驱动单元112将电池单元电压和温度测量信号(控制信号)发送到参数测量单元110以测量电池单元电压和温度(S508)。由驱动单元112驱动的电池单元参数测量单元测量电池单元的电压和温度(S510)。电池单元参数测量单元110连接到电池单元以测量电池单元的电压和温度。电池单元参数测量单元110测量电池单元的电压和温度，并将电压和温度数据发送到驱动单元112。
接收由电池单元参数测量单元110测量的电池单元的电压和温度数据的驱动单元112基于接收到的电池单元的电压和温度数据确定在电池单元中是否发生问题(S512)。
例如，如果测得的电池单元的电压大于第一阈值或小于第二阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。此外，如果测得的电池单元温度大于第三阈值，则驱动单元112确定电池单元的状态存在问题。
如果确定电池单元的状态是驱动单元112中的问题，则这允许RF模块114生成具有第三频率的故障信号，并且通过第一天线116将故障信号发送到外部设备(S514)。该故障信号是在外部装置(例如，BMC)中预先阻抗匹配的信号。
如果驱动单元112确定电池单元的状态没有问题，则驱动单元112终止驱动并再次进入待机模式。然而，即使在确定电池单元的状态没有问题时，驱动单元112也可以允许RF模块114生成具有与故障信号的频率不同的频率的信号。这可以预先设置。
图7是根据本发明另一实施方式的CMC和BMC的示意图。
连接到每个电池的CMC模块包括第一天线a1、第二天线b1、阻抗匹配电路、多级整流器电路、MCU、RF模块、电池单元参数测量单元和电源电路。
另外，BMC包括第一天线a2、第二天线b2、MCU、RF模块、多级整流器电路和阻抗匹配电路。如上所述，CMC和BMC还可以包括放电电路，该放电电路用于将多级整流器电路中积累的能量释放。
BMC的MCU允许RF模块产生具有第二频率的RF信号，并使用第一天线a2将RF信号发送到CMC模块。即，BMC的控制单元生成用于将CMC从待机状态转换到唤醒状态的唤醒信号作为具有第二频率的信号，使得其通过第一天线a2将信号发送到CMC，并且使用具有第一频率的RF信号与CMC执行数据发送/接收。所述RF信号具有预定频率。通过CMC的第一天线a2发送的RF信号被第二天线b1接收，并且被阻抗匹配电路频率匹配的信号被选择并被传送到多级整流器电路。
如在上述实施方式中，具有第二频率的信号不是用于CMC和BMC之间的数据通信的信号。由于具有第二频率的信号仅用于CMC从待机状态到唤醒状态的转换，因此在信号中不需要包括命令或数据。相反，由于应当通过使用具有第二频率的信号来生成使电源电路能够转换到唤醒状态的使能信号，因此必须具有预定的能量密度。即，具有第二频率的信号的能量密度应当大于当CMC和BMC通信时使用的具有第一频率的信号的能量密度。换句话说，具有第二频率的信号主要用于传递能量，而不是用于传输数据。
当第二天线b1从第一天线a2接收到RF信号时，多级整流器电路产生电压。然而，由于难以产生足以用接收到的RF信号唤醒电源电路的电压，因此可以多级地配置直到高电压形成所需的电压。
多级整流器电路可以包括多个二极管和多个电容器。二极管可以是例如具有低阈值电压Vf和用于快速整流和高电压形成的二极管的高状态转变速度的RF二极管。
当整流多级电路接收RF信号并产生电压时，电源电路将其检测为使能信号(或接收所产生的电压)并被使能以向每个电路供电。换句话说，电源电路使能每个电路的组件、MCU和RF模块。
从电源电路接收到使能信号的MCU允许电池单元参数测量单元测量电池单元的电压和温度。
电池单元参数测量单元连接到电池并测量连接的电池的电压和温度。虽然在该图中将电池单元参数测量单元示出为一个部件，但是电池单元参数测量单元110可以被配置为分开的部件，即电池单元电压测量单元和电池单元温度测量单元。与电池单元参数测量单元测量的电池单元的电压和温度有关的数据被发送到MCU。
从电池单元参数测量单元接收与电池单元的电压和温度有关的数据的MCU确定所测量的电池单元的电压和温度是否在电池单元的正常操作的范围内。例如，如果测得的电池单元的电压大于第一阈值或小于第二阈值，则MCU确定电池单元的状态存在问题。如果MCU确定电池单元的状态存在问题，则其允许RF模块生成故障信号。此外，例如，如果测量的电池单元温度大于第三阈值，则MCU确定电池单元的状态存在问题。如果MCU确定电池单元的状态存在问题，则MCU允许RF模块生成故障信号。
当MCU从电源电路接收到使能信号并再次向RF模块发送使能信号时，RF模块被使能。此外，当MCU确定电池单元的状态存在问题，并且从MCU接收到故障信号生成信号时，RF模块114生成具有第三频率的故障信号，并且将故障信号发送到第一天线a1。
第一天线a1从RF模块接收故障信号。从RF模块接收到故障信号的第一天线a1向BMC发送相应的故障信号。这里，具有第三频率的信号不是具有数据的信号。具有第三频率的信号仅需要通知BMC电池单元不正常。因此，不需要在信号中包括命令或数据。相反，必须能够检测在BMC处接收到具有第三频率的信号，因此它需要具有预定的能量密度。即，具有第三频率的信号的能量密度应当大于当CMC和BMC通信时使用的具有第一频率的信号的能量密度。换句话说，具有第三频率的信号的传输主要用于通过能量的传递来通知特定事件的发生。
BMC的第二天线b2接收从CMC发送的故障信号。故障信号的频率被预先设置，并且是由BMC的阻抗匹配电路匹配的信号，并且在第二天线b2处被接收。
通过BMC的第二天线b2接收的故障信号可以由BMC的MCU检测，以确定在由相应CMC监测的电池单元中出现问题。即，当BMC的控制单元从第二天线b2接收到具有第三频率的信号时，BMC的控制单元确定在由CMC监测的电池单元中发生异常。由于故障信号旨在用于通过能量传输通知事件检测，因此当BMC的MCU检测到从第二天线b2接收到具有预定基准能量或更大能量的第三频率的信号时，可以确定在由CMC监测的电池单元中发生异常。
另外，CMC的第一天线a1用作用于使用具有第一频率的RF信号与BMC的第一天线a2执行一般通信的通信路径。然后，CMC的第一天线a1向BMC的第二天线b2发送具有第三频率的故障信号。另外，CMC的第二天线b1从BMC的第二天线b2接收作为唤醒信号的RF信号。
如在根据图1至图4的实施方式的情况下，将理解的是，即使当第一频率至第三频率是相同频率时，根据图5至图7的CMC和BMC也可以操作。即，当第一频率至第三频率是相同频率时，第二频率的信号和第三频率的信号可以通过改变能量密度来实现本发明的目的。
另外，如图4和图7所示，当BMC管理多个CMC时，可以考虑以下修改。
多个CMC中的每一个具有相同的配置。然而，当CMC检测到由CMC监测的电池单元中的异常时，发送到BMC的故障信号的频率被不同地设置。也就是说，具有用于故障信号传输的第三频率的信号中的第三频率对于每个CMC是不同的。
此外，除了以第一频率与多个CMC通信之外，BMC还必须监测多个CMC中的哪个CMC发送故障信号。换句话说，不知道故障信号是从哪个CMC发送的，因此需要扫描目标的所有频率。因此，BMC的MCU例如通过调整阻抗匹配电路的阻抗来扫描包括不同第三频率的频率范围，多个CMC将以不同的第三频率发送故障信号。
由于该配置，BMC可以立即识别在哪个CMC中发生异常。即，由于BMC可以确定接收到故障信号的频率，因此即使故障信号不包括其它信息，BMC也可以指定发送故障信号的CMC。
虽然以上通过有限的实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明可以在本发明和下面将要描述的权利要求的技术精神的等效范围内以各种方式来实现。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月7日提交的韩国专利申请No.10-2018-0157150的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (18)

1.一种电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器包括：
第一天线，所述第一天线能够使用第一频率与外部装置通信；
第二天线，所述第二天线能够从所述外部装置接收第二频率的信号；
电压生成单元，所述电压生成单元被配置为基于在所述第二天线处接收的所述第二频率的信号生成电压；
驱动单元，所述驱动单元被配置为接收基于由所述电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号；以及
电池单元参数测量单元，所述电池单元参数测量单元被配置为基于来自所述驱动单元的控制信号测量指示电池单元的状态的参数，
其中，所述驱动单元基于所述使能信号从待机状态转变到唤醒状态，
其中，所述第二频率的信号是未调制信号且不包括数据。
2.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，其中，所述第二频率的信号具有比所述第一频率的信号更高的能量密度。
3.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，其中，所述第二频率的信号是连续波CW信号。
4.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器还包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路被配置为匹配阻抗以在所述第二天线处接收所述第二频率的信号。
5.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器还包括放电电路，所述放电电路被配置为释放在所述电压生成单元中累积的能量。
6.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，其中，所述驱动单元基于从所述电池单元参数测量单元接收到的所述电池单元的参数值来确定所述电池单元是否异常，并且
当确定在所述电池单元中发生异常时，以第三频率向所述外部装置发送指示所述电池单元的异常状态的故障信号。
7.根据权利要求6所述的电池单元管理控制器，其中，所述第三频率的信号具有比所述第一频率的信号更高的能量密度。
8.根据权利要求6所述的电池单元管理控制器，其中，所述第三频率的信号是连续波CW信号。
9.根据权利要求6所述的电池单元管理控制器，其中，通过所述第一天线发送所述故障信号。
10.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器还包括被配置为向所述驱动单元供电的电源电路，
其中，当输入由所述电压生成单元生成的电压时，所述电源电路向所述驱动单元施加使能信号，
其中，所述驱动单元基于从所述电源电路施加的所述使能信号转变到唤醒状态。
11.根据权利要求1所述的电池单元管理控制器，该电池单元管理控制器还包括被配置为向所述驱动单元供电的电源电路，
其中，所述电源电路总是向所述驱动单元供电，
其中，所述驱动单元接收由所述电压生成单元生成的电压作为所述使能信号。
12.一种电池管理控制器，该电池管理控制器包括：
第一天线，所述第一天线能够使用第一频率和第二频率与外部装置通信；和
控制单元，所述控制单元被配置为生成用于将所述外部装置从待机状态转变到唤醒状态的唤醒信号作为所述第二频率的信号，通过所述第一天线将所述信号发送到所述外部装置，并且使用所述第一频率与所述外部装置执行数据发送和接收，
其中，所述控制单元生成所述第一频率的信号和所述第二频率的信号，使得所述第二频率的信号的能量密度大于所述第一频率的信号的能量密度，
其中，所述第二频率的信号是未调制信号且不包括数据。
13.根据权利要求12所述的电池管理控制器，该电池管理控制器还包括能够从所述外部装置接收第三频率的信号的第二天线，
其中，当从所述第二天线接收到所述第三频率的信号时，所述控制单元确定在由所述外部装置监测的电池单元中发生异常。
14.根据权利要求13所述的电池管理控制器，其中，当所述控制单元检测到从所述第二天线接收到具有预定基准的能量或更大的能量的第三频率的信号时，所述控制单元确定在由所述外部装置监测的所述电池单元中发生异常。
15.根据权利要求13所述的电池管理控制器，该电池管理控制器还包括：
阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路被配置为匹配阻抗，使得所述第二天线能够接收所述第三频率的信号；和
放电电路，所述放电电路被配置为释放通过所述阻抗匹配电路接收的信号累积的能量。
16.一种电池管理系统，该电池管理系统包括：
多个电池单元管理控制器，所述多个电池单元管理控制器被配置为监测电池单元的状态；和
电池管理控制器，所述电池管理控制器被配置为与所述电池单元管理控制器通信，以从所述电池单元管理控制器接收针对所述电池单元测量的参数值，
其中，所述多个电池单元管理控制器中的每一个包括：
第一天线，所述第一天线被配置为使用第一频率与所述电池管理控制器通信，
第二天线，所述第二天线被配置为从所述电池管理控制器接收第二频率的信号，
电压生成单元，所述电压生成单元被配置为基于在所述第二天线处接收的所述第二频率的信号生成电压，
驱动单元，所述驱动单元被配置为接收基于由所述电压生成单元生成的电压的信号作为使能信号，以及
电池单元参数测量单元，所述电池单元参数测量单元被配置为基于来自所述驱动单元的控制信号测量指示所述电池单元的状态的参数，
其中，所述驱动单元基于所述使能信号从待机状态转变到唤醒状态，
其中，所述第二频率的信号是未调制信号且不包括数据。
17.根据权利要求16所述的电池管理系统，其中，在所述多个电池单元管理控制器中的每一个中，
所述驱动单元基于从所述电池单元参数测量单元接收到的所述电池单元的参数值来确定所述电池单元是否异常，并且
当确定在所述电池单元中发生异常时，以预设的第三频率向所述电池管理控制器发送指示所述电池单元的异常状态的故障信号，
其中，所述预设的第三频率在所述多个电池单元管理控制器之间是彼此不同的频率。
18.根据权利要求17所述的电池管理系统，其中，所述电池管理控制器扫描包括不同的第三频率的频率范围以从所述多个电池单元管理控制器接收故障信号，所述多个电池单元管理控制器以所述不同的第三频率发送故障信号。
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