CN112039143A - 一种电池充电方法、电池及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对配备有电池管理系统并连接至能量再生单元和运动检测器的电池进行充电的方法。将能量再生设备的输出电压与电池的充电电压进行比较；如果输出电压大于充电电压，并且运动指示信号指示运动，则使用能量再生单元为电池充电。本发明还涉及一种连接到能量再生单元的电池，该电池包括多个电池单元、充电器、第一控制器以及运动检测器。本发明另外涉及一种连接至能量再生单元、运动检测器、充电器和存储单元的电池管理系统，包括第二控制器，该第二控制器检索并执行机器可读指令使电池管理系统执行前述的方法。本发明中的方法、电池以及电池管理系统能够利用再生能量为电池进行充电。

Description

一种电池充电方法、电池及电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种用捕获的能量为电池充电的电池充电方法，还涉及一种配备有电池管理系统并能连接至能量再生单元和运动检测器的电池，同时还涉及一种能够用捕获的运动能量为电池充电的电池管理系统。

背景技术

将电池放在行驶中的车辆上时，电池中的能量将用于为车辆中的各种设备供电。当车辆停止时，如果电池配备有能捕获车辆运动产生的能量的充电器，则车辆运动过程中的动能可以被该充电器捕获，并且该充电器获取的能量能够用于给电池充电。

因此，人们期望拥有带有电池管理系统的电池，该电池管理系统可以使用捕获的能量来对电池充电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够利用再生能量为电池进行充电的电池充电方法、电池及电池管理系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种用于对配备有电池管理系统并连接至能量再生单元和运动检测器的电池进行充电的方法。该方法包括：接收能量再生单元的输出电压；接收运动检测器的运动指示信号；将来自能量再生设备的输出电压与电池的充电电压进行比较；以及如果输出电压大于充电电压，并且运动指示信号指示运动，则使用能量再生单元为电池充电。

作为改进，还包括从存储单元获取所述充电电压。

作为改进，还包括将所述能量再生单元连接到充电器。

作为改进，如果所述输出电压不大于所述充电电压，并且运动指示信号指示运动，则不进行充电。

作为改进，还包括：如果在充电期间输出电压下降到低于充电电压，则关闭所述能量再生单元。

一种连接到能量再生单元的电池，该电池包括多个电池单元、连接到该多个电池单元的充电器、连接到多个电池单元和充电器的第一控制器以及连接到第一控制器的运动检测器，其中，所述第一控制器从运动检测器接收运动指示信号，以及如果运动指示信 号指示运动而且来自能量再生单元的输出电压大于多个电池单元的充电电压，则第一控制器控制能量再生单元和充电器之间的连接能够为多个电池单元充电。

优选地，所述运动检测器嵌入设置在所述第一控制器的内部。

作为改进，如果所述能量再生单元的输出电压小于所述多个电池单元的充电电压，则所述第一控制器禁用所述能量再生单元与所述充电器之间的连接。

作为改进，如果所述能量再生单元的输出电压小于所述多个电池单元的充电电压，则不进行充电操作。

一种连接至能量再生单元、运动检测器、充电器和存储单元的电池管理系统，所述电池管理系统包括：第二控制器，其检索多个机器可读指令，由第二控制器执行的机器可读指令使电池管理系统执行以下操作；接收所述能量再生单元的输出电压；接收所述运动检测器的运动指示信号；将所述能量再生单元的输出电压与所述电池的充电电压进行比较；和如果所述输出电压大于所述充电电压，并且所述运动指示信号指示运动，则使用所述能量再生单元为电池充电。

作为改进，由所述控制器执行的机器可读指令控制所述电池管理系统从所述存储单元获取所述充电电压。

作为改进，由所述控制器执行的机器可读指令控制所述电池管理系统将所述能量再生单元连接至所述充电器。

作为改进，由所述控制器执行的机器可读指令控制：如果所述电池管理系统在输出电压不大于充电电压并且运动指示信号指示运动，不进行充电操作。

作为改进，由所述控制器执行的所述机器可读指令控制所述电池管理系统，如果在充电期间所述输出电压下降到所述充电电压以下，则关闭所述能量再生单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本电池充电方法、电池及电池管理系统具有优势，因为它们可以利用再生能量为电池充电。在阅读下文阐述的附图说明、发明详述和权利要求书后，本发明的其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1A示出了用于电池替换的图100；

图1B示出了用于电池替换的架构150；

图2示出了电路图200，其示出了充电和放电电路；

图3示出了控制器芯片的架构300；

图4示出了带有运动检测器的电路图400；

图5是电荷输送过程的流程图500；

图6是电池充电过程的流程图600；

图7是保护模式的流程图700；

图8是利用再生能量对电池充电的流程图800；

图9是停止充电过程的流程图900。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

在本说明书中，本文所用的术语“应用程序”旨在涵盖可执行和不可执行的软件文件，原始数据、聚合数据、补丁和其他代码段。术语“示例性”仅意在作为示例，并不表示对所描述的实施方案或元件的任何偏好。此外，除非在说明书中另外指明，否则在几幅视图中，相同的标记表示相同的元件，并且冠词“一”和“该”包括复数引用。术语锂基电池、锂离子电池、磷酸铁锂电池和锂电池可互换使用，“电池”和“电池组”可互换使用。本说明书中的锂电池是指任何类型的锂电池。本申请中使用的保护模式是指欠压保护模式或过压保护模式。保护模式也可以称为睡眠模式。

总体而言，本发明提供了一种用于对并联连接的可再充电电池进行充电的智能系统和方法。充电电路由可充电电池输出端口的电压控制。电池电压的下降用于控制充电电路。当输出端口电压小于电池的最大放电量时，充电电路将关闭。当输出端口电压大于电池的最大充电电压时，充电控制电路将开启。最大充电电压和最大放电电压之间的偏差用于控制并联连接的可再充电电池的充电电路。

除了使用电压差来控制充电电路之外，还通过运动传感器或位移检测传感器来控制充电操作。当通过位移检测传感器检测到带有可再充电电池的车辆的运动时，位移检测传感器将信号提供给充电电路，并且充电电路被接通并且允许充电操作。

位移检测传感器位于电池控制器内部，并连接到电池控制器的MCU。通过检测由位移检测传感器给出的振动信号和位移数据，电池控制器确定可再充电电池是否处于运动状态。当电池处于移动状态时，电池控制器启用充电电路，从而为电池单元充电。

为了防止电池之间的相互干扰，为并联连接的电池组设计了隔离电路。该隔离电路会影响电池组的能量回收。无法回收的能量可能会影响电池系统的运行。

本发明的系统使用位移检测方法和位移检测装置来检测电池系统的运动变化。当整个电池系统的运动状态发生变化时，通过位移检测装置通知电池控制系统。电池控制系统根据在输出端口检测到的电压来确定是否有足够的可回收能量需要吸收。当有足够的可回收能量时，充电控制电路将打开。通过对可再充电电池充电，可再充电电池吸收了运动控制系统产生(回收)的能量。吸收了回收的能量后，充电控制电路将关闭，以确保可充电电池系统的电池单元之间的隔离。例如，当运动检测电路检测到电池系统的运动正在减速时，可能产生可回收的能量。位移检测单元向电池控制系统通知电池系统的运动状态已经改变，并且电池控制系统检测电池系统的外部端口处的电压变化。当外部端口电压变为58V时(以48V电池系统为例)，电池控制系统会打开充电电路，以吸 收运动系统回收的能量。此时，电池控制系统将连续监视输出端口处的电压。吸收可回收的能量后，当端口电压降至54V时，充电电路将关闭，以确保电池单元之间的隔离。

同时，使用位移检测模块确定电池系统是由外部充电器充电还是由运动系统的充电控制模块进行充电，并且该确定是通过来自运动系统的位移信息进行的。当使用外部充电器为电池系统充电时，运动系统的状态为静态。仅当运动系统的状态处于运动状态时，充电控制模块才可以为电池系统充电。在静态状态下，只能使用外部充电器为电池充电。基于此差异，可以实现通过外部充电器充电和基于运动系统的充电的独立控制。

本发明提供了系统和方法的一种改进，该系统和方法使得能够容易地用锂电池替换铅酸电池，同时保留为铅酸电池设计的相同充电系统。用锂电池代替铅酸电池的系统和方法具有以下特征和优点。

a.本发明的可再充电电池模块包括主控制模块、串联和并联的可再充电电池单元、充电控制开关、放电控制开关、放电辅助开关、单电池电压采集模块、电池模块电流采集模块、以及端口电容器，如在图2、3和4中所示。

b.可再充电电池模块通过输出端口直接电连接到铅酸电池充电器和/或通常连接到铅酸电池负载的负载，如如2和图4所示，并且将在后面关于图2和图4的说明中予以明确。

c.主控制模块通过由PWM输出和C66的电压平滑功能控制的放电模块的打开和关闭，可以启用铅酸电池在输出端口的正常工作电压，从而实现了原始铅酸电池系统与可充电电池模块一起工作，这将在图4和相关说明中予以明确。

d.主控制模块还通过串联负载和端口负载的部分负载来控制放电辅助开关的打开和关闭，从而启用输出端口中铅酸电池的正常工作电压，从而使原始铅酸电池电池系统能够识别和接受可再充电电池模块，这将在图2和相关说明中加以说明。

e.主控制模块通过PWM控制充电和控制开关的接通和断开，以模拟可充电电池模块，在充电过程中模拟铅酸电池的电压和电流特性，并使原始铅酸电池系统能够识别并接受可充电电池模块，这将在图2和相关说明中加以说明。

f.如图2所示，二次再充电电池模块的放电控制开关与二极管并联连接。在充电模式下，放电控制开关断开，当电池模块充电时，充电电流流过二极管，以实现并联使用的电池之间的相互隔离。当电流大于设定的二极管的工作电流极限(IREF)时，比较器U11A会运行以打开放电开关，以防止二极管电流超出范围。当电流小于IREF时，放电控制开关会自动关闭，以防止并联的电池模块之间可能发生相互充电。

g.如图2所示，二次再充电电池模块的充电控制开关与二极管并联连接。在放电模式下，充电控制开关断开，放电电流流过二极管，以实现并联电池之间的相互隔离。当电池模块的放电电流大于二极管工作电流极限(IREF)时，比较器U11B接通放电开关， 以防止二极管电流超过允许范围。当电流小于IREF时，充电控制开关将自动关闭，以防止并联的电池模块之间可能发生放电。

图1A的接线图100示出了本发明的目的。接线图100示出了充电器102与电源(未示出)和铅酸电池104相连接，该铅酸电池104与负载(未示出)相连接。本发明的系统允许在使用相同的充电器102的同时用锂离子电池106代替铅酸电池104。当用锂离子电池106替换铅酸电池104时，替换的锂离子电池106必须在正常工作电压内充当铅酸电池104，使得充电器102和负载(未示出)认为它们正在与铅酸电池接口。

图1B示出了替换锂离子电池106的架构150。替换锂离子电池106由与电池管理系统154连接的多个电池单元152组成。电池管理系统154具有感测单元156、充电控制单元158和放电控制单元160。电池管理系统154通过感测单元156监视电池单元152的输出连接器162、164处的电压和电流，以及每个电池单元处的电压和温度。电池管理系统154还监视输出连接器166、168处传送的电压。电池管理系统154的感测单元156、充电控制单元158和放电控制单元160由控制器控制。

在放电过程中，当锂离子电池的电压下降到一定水平以下时，作为正常电池保护程序的一部分，锂离子电池通常会关闭并停止输出任何电压，而铅酸电池的电压降是连续的且铅酸电池不会关闭输出电压。为了使锂离子电池模拟铅酸电池，即使在输出连接器162、164处的电压电平低时，锂离子电池也需要提供输出电压。为实现此模拟，当输出连接器162、164的输出电压下降到阈值以下时，放电控制单元160会被激活，以在输出连接器166、168传递输出电压，该输出电压可模拟铅酸电池的输出电压。

在电池充电过程中，当输出连接器162、164的电压高于一定水平时，锂离子电池将通过断开与端子166和168的连接来中断充电过程，以防止损坏电池单元152，同时铅酸电池将继续提供其电池单元与其输出端子之间的连接。为了模拟目的，如果输出连接器162、164处的电压高于预定阈值水平，这意味着电池单元几乎已充满电，则充电控制单元158被激活以防止电池单元152输出大电压并对相邻的电池单元充电。

当用一组多个锂离子电池替换一组铅酸电池时，这些锂离子电池的控制可能是个问题。多个锂离子电池的直接并联连接可能由于电池之间的充电状态的差异而难以控制，因为锂离子电池的内阻很小，并且一个电池的充放电电流可能损坏另一个电池。本发明的电池管理系统使锂离子电池能够模仿铅酸电池的特性，从而能够使锂离子电池直接替换酸蓄电池，并能够重复使用充电器和其他基础设施。

现有铅酸电池系统的充电器通常首先检查电池电压，并且仅当电池电压在铅酸电池的正常范围内时，才开始充电时序。由于铅酸电池直接连接到充电器，因此铅酸电池采用上述方法来保护铅酸电池和充电器。还需要保护铅酸电池免于过度充电和过度放电，并且这种保护的常用方法是与充电器和负载断开连接。锂离子电池的过度充电和过度放电也构成类似的安全隐患。

为了确保锂离子电池能够与现有的铅酸电池充电器一起可靠地使用，电池管理系统使用定时脉冲控制技术来控制锂离子电池的充电。本发明的电池管理系统还采用定时控制模式，该模式能够在输出端子上周期性地输出电压，因此充电器可以检测电池。例如，电池管理系统每240秒打开10秒放电电路。通过在电池电量低时启用周期性输出而不是连续输出，可以使锂离子电池具有更长的使用寿命。电池管理系统通过使用电阻和场效应管，通过脉冲宽度调制(PWM)模式(脉冲模式)来模拟输出电压，因此在锂离子电池的输出端子可以得到类似于铅酸电池输出电压的输出电压。电池管理系统以如下方式控制替换的锂电池：当锂电池进入欠压保护状态时，锂电池会周期性地以脉冲模式启用输出电压，从而使锂电池能够节省电量并延长时间运行直到锂电池可以充电为止。

本发明的电池管理系统使用与锂电池中的电池单元串联连接的充电控制单元158和放电控制单元160。充电控制单元158和放电控制单元160均采用场效应管。当对锂电池充电时，仅打开用于充电控制单元158的场效应管，因此可以实现对并联连接的锂离子电池单元的充电，可以防止并联连接的锂离子电池之间的充电和放电，并且确保每个锂电池的独立性。类似地，在放电过程中，在串联电路中仅打开用于放电控制单元160的场效应管，并且可以避免电池之间的充电和放电。

当用一排锂离子电池替换一排铅酸电池时，并联连接多个具有与该铅酸电池相同电压电平的锂离子电池，并采用过充电保护电路，以使酸性电池充电器可以完成锂离子电池组的充电功能，而不会过度充电。

图2是本发明的用于一个电池组的电池充电/放电控制系统的架构200。图2示出了一个电池的控制，而多个电池可以组合以形成电池组。每个电池由串联连接的多个电池单元202组成。这些电池单元通过电平转换器204进行单独监视，该电平转换器将每个电池单元的电压和温度信息发送到控制器216。控制器216可以通过地址选择指定要监视的电池单元。多个电池通过相应电池的两个连接器218、220并联连接至充电器(未示出)。由于电池并联连接，并且不同的电池可能具有不同的电压，因此必须特别注意以防止一个电池给另一个电池充电。通常通过充电控制单元场效应管210和放电控制单元场效应管212来实现这种防止。在充电过程中，充电控制单元场效应管210根据充电过程的状态导通或截止，而放电控制单元场效应管212始终导通。如果充电电流小，则充电电流流经与充电控制单元场效应管210并联连接的二极管。如果充电电流大，则充电控制单元场效应管210通过充电开关208导通，因此大的充电电流流过充电控制单元场效应管210，并且防止了二极管过热。充电开关208将充电电压与参考电压进行比较，如果电压差超过预定差，则导通充电控制单元场效应管210。在充电控制单元场效应管210导通之后，大的充电电流流过充电控制单元场效应管210。在充电操作开始时，当电池单元202处的电压低并且电池单元202与参考电压之间的电压差比较大时，则充电开关208导通充电控制单元场效应管210，如此大的充电电流流过。当对电池单元202 充电时，电池单元202与参考电压之间的电压差较小，充电开关208使充电控制单元场效应管210截止，并且小的充电电流流经与充电控制单元场效应管210并联连接的二极管。

当放电电流小时，放电电流流过与放电控制单元场效应管212并联连接的二极管；如果放电电流大，则为了防止二极管的过热和劣化，放电控制单元场效应管212由放电开关214控制导通，并且放电电流流过放电控制单元场效应管212。如果由放电开关214测得的预定参考电压与来自电池单元202的电压之间的电压差大于预定值，则导通放电控制单元场效应管212。

本发明的系统还防止在放电期间电池组之间的相互充电。在放电期间，如果电池具有比其他相邻电池更高的电压和更大的电流，则由于具有更低放电电流的电池对应的放电控制单元场效应管212处于截止状态，因此防止了具有更高电压的另一电池组对该电池进行充电，小的放电电流流经与放电控制单元场效应管212并联的二极管。

图3示出了控制器216的架构300。控制器216具有状态显示单元302、激活单元304、电平转换单元308、通信单元312、分流电阻单元310、开关控制器314、主控制器306、用户接口单元318和存储单元320。控制器216通过连接端口316与外界通信。主控制器306可以使用通信单元312接收指令并将数据发送到其他设备。主控制器306还可以通过状态显示单元302显示状态信息。状态显示单元302可以是LED显示器或其他合适的装置。激活单元304接收命令并将指令发送到主控制器306。电平转换单元308连接并控制电平转换器204。分流电阻单元310连接并控制分流电阻206。主控制器306通过开关控制器314控制充电控制单元场效应管214和放电控制单元场效应管208。用户接口单元318使用户能够输入命令以将电池从保护模式唤醒或调整保护模式的设置。存储单元320存储软件命令程序和数据。主控制器306执行软件命令程序以控制电池管理系统。

如图4所示，图2中的电池充电/放电控制系统通常连接到电池充电器412。所述充电器412连接到电源，该电源为外部电源416和/或能量再生单元418。外部电源416可以为插入式电源插座，能量再生单元418可以是能够捕获高尔夫球车的驱动系统中动力的能量再生系统。当锂电池连接到负载(例如电动机)时，电池单元202的电流传输由放电控制单元场效应管212控制。当充电器412连接到外部电源以对电池单元202充电时，充电操作由充电控制单元场效应管210控制。

本发明的电池充电/放电控制系统能够实现由锂电池对铅酸电池的平稳替换，并且为了实现该目的，在充电和放电过程中，锂电池必须以与铅酸电池相似的方式工作。在铅酸电池的正常运行期间，铅酸电池的输出电压会影响充电器和负载的运行。如果锂电池要替换铅酸电池，则锂电池必须具有相似的输出电压。

随着铅酸电池持续向负载提供电流，铅酸电池的输出电压会下降。对于48V的铅酸电池，正常工作电压范围是36V至57.6V，对于24V的铅酸电池，正常工作电压范围是18V至28.8V。因此，替换的锂电池也必须在这些工作电压范围内运行。但是，如果锂电池的输出电压降至某个阈值以下，则锂电池将进入欠压保护(UVP)模式，并在输出电压或电流降至某个水平以下时关闭输出。通常，当锂电池进入UVP模式且输出被切断时，负载或充电器则无法检测到输出电压，因此充电器或负载无法正常工作。类似地，如果在充电操作期间锂电池上的电压高于某个阈值，则锂电池将进入过压保护(OVP)模式并关闭输入。每个锂电池进入UVP模式或OVP模式的电压电平取决于每个锂电池的特性。

为了确保锂电池能够以与铅酸电池系统兼容的方式工作，本发明的电池管理系统需要使锂电池产生在铅酸电池的正常工作电压范围内的输出电压，这可以通过在锂电池处于保护模式时自适应地启用锂电池的输出电压的电池管理系统来实现。控制器216通过图4中所示的电路将能够在铅酸电池的正常工作电压范围内实现模拟输出电压。通过提供模拟的输出电压，充电操作将被启用，并且充电器412将能够对锂电池单元202充电。充电操作与上述相同。类似地，控制器216还将启用模拟输出电压，该模拟输出电压使锂电池能够以类似于铅酸电池的方式放电。

当锂离子电池进入保护模式并停止在连接器218和220之间输出电压时，控制器216将根据PWM的原理使电池间歇性地提供预定的输出电压。预定的输出电压可根据电池的特性进行调整。例如，在放电期间，当电池单体202的输出电压下降至通过电阻206的电流测量的预定水平以下时，电池进入欠压保护模式，因此电池单元202将不会被完全耗尽，从而损坏。当处于欠压保护模式时，场效应管212被关断(截止)，并且不输出电压。控制器216控制模拟器场效应管402并周期性地打开模拟器场效应管402，从而在端子218和220处提供电压。来自电池单元202的电流以脉冲模式流经模拟器场效应管402和电阻404。电容器410用于衰减端子218和220之间的电压波动。控制器216调整模拟器场效应管402的控制，因此可以根据锂离子电池正在模拟的铅酸电池的特性调整适当的电压和输出电压的持续时间。可以由控制器216调节输出电压的持续时间和电平。控制器216根据以下方程式调节控制功能。

控制(F)＝(电池单元电压、电池单元温度、外部电压、电池单元电流)

电池单元电压–每个电池单元的电压

电池单元温度–每个电池单元的温度

外部电压–电池输出端子上的电压

电池单元电流–在电阻206处测得的电流

通过在输出端子218和220之间提供模拟的输出电压，电池将保持其电荷，同时使电池成为电池组的一部分并且可由充电器检测。

在另一实施例中，在充电过程中，当电池单元202的电压达到预定水平时，电池进入过电压保护模式，因此电池单元202将不会因被过度充电而被损坏。当处于过电压保护模式时，充电控制单元场效应管210被关断(截止)并且不输出电压。控制器216控制模拟器场效应管402并周期性地打开模拟器场效应管402，从而在端子218和220处提供电压。来自电池单元202的电流以脉冲模式流经模拟器场效应管402和电阻404。电容器410用于衰减端子218和220之间的电压波动。控制器216以与上述类似的方式调整模拟器场效应管402的控制，因此充电器可以检测到适当的电压，并且电池继续成为电池组的一部分。

图5是放电操作的流程图500。当电池连接到负载时，电池将电荷输送到负载，步骤502。随着电池驱动负载，电荷被输送到负载并且电池的电压下降。电池的电池管理的放电控制单元连续检测输出电压，步骤504。当输出电压下降到预定义的阈值水平以下时，步骤506，电池管理系统的放电控制单元将停止电荷输送过程，步骤508，因此电池不会完全耗尽和损坏。当电池停止驱动负载时，电池管理系统使电池进入欠压保护模式，步骤510。在该欠压保护模式下，电池将在短时间内以脉冲形式输出预定义的电压，这样可以延长电池寿命，并且当以后将电池连接到充电器时，充电器会检测到电池的存在，然后开始充电过程。

图6是用于充电操作的流程图600。充电器将在开始充电操作之前检测电池并验证电池是否具有预期的电气特性，步骤602。电池管理系统的充电控制单元连续监视电池单元，并且包括检查电池单元电压，步骤604。如果电池单元电压高于预定义的阈值电压，步骤606，则电池管理系统的充电控制单元将停止充电过程，步骤608，并且通过将电池单元与输出端子隔离且在输出端子上模拟电压来进入过电压保护模式，步骤610。当输出端子连接到充电器并具有高充电电压时，电池将处于过压保护模式，因此可防止电池单元输出其电压，从而防止对并联的另一个电池充电。

当电池电量耗尽并进入欠压保护模式时，电池管理系统能够使电池在输出端子上定期输出低电压。用户可以通过用户界面单元318设置定时器，以控制欠压保护模式的持续时间。在计时器到期时，电池将退出保护模式，并且电池管理系统将关闭电池，因此不会损坏电池单元。用户可以使用用户界面单元来设置输出电压的频率，因此可以将电池的电量保存更长的时间。可替代地，用户可以使用用户界面单元318来关闭电池。用户还可以使用用户界面单元将电池从欠压保护模式中唤醒。用户可以通过用户界面单元进行选择来检查每个单个电池单元的状态，所选电池单元的状态将由状态显示单元302显示。

图7示出了电池管理系统的示例性操作700。当电池管理系统检测到端子218、220的输出电压低于预定义的阈值电压时，步骤702，电池管理系统将使电池进入欠压保护模式，步骤706。如果端子电压高于预定义的阈值电压，电池将继续正常运行，步骤704。 在欠压保护模式下，电池管理系统将通过定期输出低压(脉冲模式)使电池模拟铅酸电池。此突发的低压很重要，因为它使充电器能够检测到电池的存在。当电池管理系统检测到电池已连接到充电器，即输出端子上的电压高于预定电压时，步骤708，电池管理系统将使电池退出欠压保护模式，步骤714，充电操作将开始。电池进入欠压保护模式时，将启动计时器。当计时器到期时，步骤710，电池管理系统将停止操作(步骤712)。计时器用于避免电池电量完全耗尽而损坏电池单元。用户可以通过用户界面调整计时器和电压输出的频率。用户可以选择降低输出电压的频率并延长计时器，因此电池将在端子上提供输出电压的频率降低，但时间更长。

在欠压保护模式下，电池管理系统将指示电池处于保护模式。用户可以通过经由用户接口单元318输入命令来“唤醒”电池。该唤醒命令将指示电池管理系统中断保护模式。

状态显示单元302连接到LED显示器，并将显示电池状态、充电阶段、操作模式、充电状态和错误代码。

当使用时，配备有本发明的电池管理系统的锂电池可以通过它们各自的输出连接器218、220并联连接到外部负载，从而能够输送大的组合电流。在充电过程中，充电器412向每个锂电池输送充电电流。充电电流流经输出连接器218，电池单元202、分流电阻206、场效应管210、212，并在输出连接器220处流出。当电池单元耗尽时，充电电流为恒定电流，而充电电流随着电池单元的充电，逐渐减小。充电电流由分流电阻206检测，并且将分流电阻处的电压降与比较器208处的参考电压进行比较，比较器208控制充电控制单元场效应管210。当充电电流大且电压降大于参考电压时，导通充电控制单元场效应管210，充电电流流过充电控制单元场效应管210。

当由于电池单元被充电而导致充电电流小时，比较器208检测到分流电阻206处的电压降较小，并且关断充电控制单元场效应管210。当充电控制单元场效应管210关断时，小的充电电流流过与充电控制单元场效应管210并联连接的二极管。在充电过程中，放电控制单元场效应管212导通。因为充电控制单元场效应管210是截止的并且小的充电电流继续流过二极管，这防止了该锂电池意外放电并损坏连接的相似的相邻锂电池。

在放电过程中，放电电流沿相反方向流动。放电电流从电池单元202流经输出连接器218、外部负载流回到输出连接器220、场效应管212、210和分流电阻206。放电电流最初很大，并且逐渐减小。当放电电流较大时，场效应管212导通，并且当由分流电阻206检测到的放电电流减小时，比较器214将场效应管212关断。在放电过程中，充电控制单元场效应管210保持导通。

当放电电流下降到低水平时，为了防止对电池单元202的损坏，关断场效应管212，小的放电电流流经与场效应管212并联连接的二极管。小电流使充电器412能够检测锂电池的存在。如上所述，可以在PWM模式或PFM模式下输出小电流，从而可以延长锂电池的保存期限。

场效应管210、212控制流过锂电池的电流的路径，并且它们的操作由控制器216和比较器208、214控制。场效应管的操作可以总结在下表中。

在放电过程结束时，当每个电池单元耗尽时，充电控制单元场效应管210将关闭。随着充电控制单元场效应管210的关断，模拟器场效应管402以如上所述的脉冲模式周期性地导通，电阻404、406、408并联，从而将电压输送到输出连接器218、220。通过选择合适的电阻，锂电池能够模拟充电器在开始充电过程之前期望检测到的特定电压。

当电池在制造后被运送时，可以将电池设置为运送模式，并且端子218、220上没有输出电压。如果电池连接到充电器412或者从用户界面单元318收到命令，则它将退出运送模式。当电池从运送模式退出时，模拟器场效应管402以如上所述的脉冲模式周期性地导通，并且可以通过用户命令来调整脉冲模式的频率。通过调整脉冲模式，可以延长电池的保存期限。通过在输出端子上提供电压，一旦电池投入使用，负载或充电器可以检测电池的可用性。如前所述，可以通过定时器来调整脉冲模式下的输出电压的持续时间。

本发明的电池管理系统可以进一步连接到能量再生单元418，该能量再生单元418能够捕获在车辆移动期间或高尔夫球车制动期间产生的能量，如图4所示。能量再生单元418可以组装到某些操作循环中需要耗散能量的任何系统上。耗散的能量可以由能量再生单元418重新捕获，并用于给可再充电电池充电。充电器412可以使用来自外部电源416(未示出)或来自能量再生单元418的能量对可再充电电池充电。能量再生单元418可替代地连接在单独的充电器上，并且可使用开关(未示出)选择是使用连接到外部电源416的充电器还是使用来自能量再生单元418的重新捕获的能量对电池充电。

控制器216控制是否将能量再生单元418连接到充电器412，并且控制器216根据从运动检测器414接收的运动指示信号和在输出端口处检测到的电压进行这种控制。运动检测器414和控制器216可设置在单个芯片中，或者可替代地被设置为单独的设备。运动检测器414能够指示安装有运动检测器414的车辆是否在运动。

图8是配备有运动检测器414并连接到能量再生单元418的电池管理系统的充电方法的流程图800。步骤802、控制器216从运动检测器414接收指示车辆或高尔夫球车是否处于运动中的运动指示信号。步骤804、控制器216还监视来自能量再生单元418的输出电压。步骤806、如果来自能量再生单元418的输出电压小于(不大于)电池的 充电电压；步骤808、其指示没有重新捕获的能量可用，则不需要充电操作。步骤810、如果来自能量再生单元418的输出电压大于电池，则启用充电电路，并且能量再生单元418被连接到充电器412。充电器412中具有充电电路。步骤812、检查车辆是否在运动。步骤814、如果车辆在运动，则能量再生单元418连接到充电器412；步骤818、并且来自能量再生单元418的能量用于对电池充电。步骤816、如果车辆不运动，则充电器412连接到外部电源，并使用来自该电源的电压为电池充电。图8所示的步骤可以以不同的顺序执行而实现相同的结果。关于电池的充电电压的信息可以从连接到控制器216的存储单元中获取或者从电池中获取。

图9是控制停止充电过程的流程图900。在利用来自能量再生单元418的重新捕获的能量对电池充电时，控制器216连续监视来自能量再生单元418的输出电压。随着能量的消耗，来自能量再生单元418的输出电压下降。将输出电压和充电电压进行比较，步骤902；当输出电压高于电池的充电电压时，继续充电操作，步骤904；当输出电压下降到充电电压以下时，控制器216将指示充电器412关闭充电电路，并且能量再生单元418与充电器412断开连接，步骤906。电池和能量再生单元418之间的连接的断开使充电操作停止。

在使用来自能量再生单元418的能量进行充电处理期间，如上文通过图6所描述的和相关说明，对电池单元提供了防止过度充电的相同保护。

虽然已经参照本发明的优选实施方案具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和如以下权利要求所述的范围的情况下，可以对形式和细节进行各种改变。此外，尽管本发明的元件可以以单数形式描述或要求保护，但是可以想到复数形式，除非明确说明了对单数形式的限制。在本说明书的不同实施方案中描述的不同特征的组合是可预见的，并且在本发明的范围内。

在图5-8的上下文中，所示的步骤不需要或隐含任何特定的动作顺序。动作可以顺序地或并行地执行。该方法可以通过执行一系列机器可读指令的控制器来实现。这些指令可以存在于在各种类型的信号承载或数据存储介质中。

Claims (14)

1.一种电池充电方法，其特征在于：用于对配备有电池管理系统并连接至能量再生单元和运动检测器的电池进行充电的方法，该方法包括：

接收能量再生单元的输出电压；

接收运动检测器的运动指示信号；

将能量再生单元的输出电压与电池的充电电压进行比较；和

如果输出电压大于充电电压，并且运动指示信号指示运动，则使用能量再生单元为电池充电。

2.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于：还包括从存储单元获取所述充电电压。

3.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于：还包括将所述能量再生单元连接到充电器。

4.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于：还包括：如果所述输出电压不大于所述充电电压，并且运动指示信号指示运动，则不进行充电。

5.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于：还包括：如果在充电期间输出电压下降到低于充电电压，则关闭所述能量再生单元。

6.一种电池，其特征在于：为连接至能量再生单元的电池，该电池包括：

多个电池单元；

充电器，其连接到所述多个电池单元；

第一控制器，其连接到所述多个电池单元和充电器；和

运动检测器，其连接到所述第一控制器；

其中所述第一控制器从所述运动检测器接收运动指示信号，和

如果所述运动指示信号指示运动，并且能量再生单元的输出电压大于多个电池单元的充电电压，则所述第一控制器控制能量再生单元和充电器之间的连接能够为多个电池单元充电。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于：所述运动检测器嵌入设置在所述第一控制器的内部。

8.根据权利要求6所述的电池，其特征在于：如果所述能量再生单元的输出电压小于所述多个电池单元的充电电压，则所述第一控制器禁用所述能量再生单元与所述充电器之间的连接。

9.根据权利要求6所述的电池，其特征在于：如果所述能量再生单元的输出电压小于所述多个电池单元的充电电压，则不进行充电操作。

10.一种电池管理系统，其特征在于：其连接至能量再生单元、运动检测器、充电器和存储单元，所述电池管理系统包括：

第二控制器，其检索多个机器可读指令，由第二控制器执行的机器可读指令使电池管理系统执行以下操作：

接收所述能量再生单元的输出电压；

接收所述运动检测器的运动指示信号；

将所述能量再生单元的输出电压与所述电池的充电电压进行比较；和

如果所述输出电压大于所述充电电压，并且所述运动指示信号指示运动，则使用所述能量再生单元为电池充电。

11.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于：由所述控制器执行的机器可读指令控制所述电池管理系统从所述存储单元获取所述充电电压。

12.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于：由所述控制器执行的机器可读指令控制所述电池管理系统将所述能量再生单元连接至所述充电器。

13.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于：由所述控制器执行的机器可读指令控制：如果所述电池管理系统在输出电压不大于充电电压并且运动指示信号指示运动，不进行充电操作。

14.根据权利要求10所述的电池管理系统，其特征在于：由所述控制器执行的所述机器可读指令控制所述电池管理系统，如果在充电期间所述输出电压下降到所述充电电压以下，则关闭所述能量再生单元。

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