CN115144776A - 电池管理系统中的快速过电流检测 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电池管理系统中的快速过电流检测。本文描述用于BMS的改进过电流检测和缓解系统、方法和技术。BMS监视器可使用两种不同的技术检测过电流。第一种技术可以基于不同重叠时间段上的平均功率检测过电流。第二种技术可以基于确定开关设备的模拟结温度来检测过电流。

Description

电池管理系统中的快速过电流检测
技术领域
本发明一般涉及电池管理系统(BMS)的安全技术和机制，例如过电流检测。
背景技术
随着智能电网和电动汽车(EV)技术的快速发展，可充电电池已成为一种重要的大规模储能装置。BMS监控可充电电池，为控制系统提供相关数据，如电池充电水平。BMS可以有多种应用，从电网储能到电动汽车，再到其他消费品，如电动自行车、电动滑板车等等。
本质上是电化学的可充电电池可能表现出各种不希望的操作特性，例如放气、电解液泄漏或热问题，例如过热或与氧发生放热反应。其中一种不希望出现的情况是过电流情况，即单个电池或电池组产生或吸收的电流大于预期电流。过电流会导致过热甚至热失控。
可提供开关机构，例如机械继电器，以在电池发生故障时选择性地将电池与其相应负载(例如，电动车辆(EV)牵引电机或相关控制电路)连接和断开。然而，机械继电器可能价格昂贵、速度慢且体积大。
附图说明
各种附图仅图示了本公开的示例实施例并且不应被视为限制其范围。
图1是BMS的示例部分的框图。
图2A-2B示出了系统中电流尖峰的示例。
图3图示了BMS监视器的示例部分。
图4图示了时间窗的示例。
图5A图示了示例MOSFET的热阻抗分布。
图5B示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路表示。
图6A显示了示例二进制R-C系统。
图6B显示了二元R-C系统中的电流图。
图6C示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路图。
图6D显示了二进制R-C对的集合。
图6E示出了具有开关电阻器的网络。
图6F示出了开关时序方案。
图7图示了BMS监视器的示例部分。
具体实施方式
本公开的实施例提供了在电池管理系统BMS中使用的改进的过电流检测和缓解系统、方法和技术。BMS可以设置在EV中。BMS监视器可以使用两种不同的技术检测过电流，从而提供冗余并提高可靠性。第一种技术可以基于不同的重叠时间段上的平均功率来检测过电流。第二种技术可以基于确定将电池耦合到负载的开关装置(例如半导体元件)的建模结温来检测过电流。两种技术都可以考虑电路性能的历史信息，例如过去的电流毛刺。如果通过任一技术检测到过电流，则可以快速禁用开关设备，从而防止开关设备发生故障。因此，本文所述的过电流检测技术提高了BMS的安全性和可靠性，同时降低了成本。
本文档描述了用于保护用于向负载供电的开关设备的电池监视器。电池监视器可以包括转换器电路，其具有用于接收电压的输入，以及用于基于电压生成脉冲序列的振荡器。电池监视器还可以包括具有第一检测器和第二检测器的数字电路，该第一检测器基于在至少两个不同时间窗口上测量的脉冲序列的确定特性检测开关装置的第一故障事件的发生或不发生，该第二检测器通过基于脉冲序列确定开关装置的建模结温来检测开关装置的第二故障事件的发生或未发生。
该文件还描述了一种保护用于向负载供电的开关设备的方法。该方法可以包括检测输入电压；根据输入电压产生脉冲序列；基于在至少两个不同时间窗口上测量的脉冲序列的确定特性来确定开关装置的第一故障事件的发生或不发生；通过基于脉冲序列确定开关装置的建模结温来确定开关装置的第二故障事件的发生或不发生；以及响应于确定第一或第二故障事件的发生而禁用开关装置的操作。
该文献还描述了一种用于保护用于向负载供电的开关装置的装置。该装置可以包括具有用于接收电压的输入的转换器电路，以及用于基于该电压生成脉冲序列的振荡器。该装置还可以包括故障检测器，该故障检测器包括多个定时滤波器和比较器，以：基于脉冲序列确定在多个时间窗上消耗的功率；对于多个时间窗口中的每个时间窗口，将针对该时间窗口消耗的功率与该窗口的相应功率阈值进行比较；基于比较，检测过流事件；并且响应于检测到过流事件，禁用开关装置。
图1图示了BMS 100的示例部分的框图。BMS 100可以包括多个电池单元102.1-102.N、BMS监视器104、保险丝106、负载108、开关装置110、分流电阻器112、或逻辑门114和驱动电路116。
电池单元102.1-102.N可以作为电池组的电池模块提供。例如，电池组可以使用锂离子化学物质并提供电池组或其他电池组，例如提供48伏标称输出或其他所需输出。可以使用不同规格、尺寸和形状的电池。电池单元102.1-102.N可以由BMS监控器104监控。例如，BMS监控器104可以包括多个电压测量通道，例如16个通道。
BMS监视器104可以作为集成电路提供，作为说明性示例，该集成电路可以包括单片集成电路或集成模块，该集成模块包括多个集成电路管芯或公共共享集成电路器件封装内的其他电路元件。BMS监视器104可以包括硬件和软件以测量电池单元102.1-102.N的电压、电流和/或温度水平。BMS监视器104可以将那些测量值存储在存储器中，例如EEPROM。BMS监视器104还可以通过使用有线网络、无线网络或其组合的通信接口将这些测量结果传送到主控制器(未示出)。
电池单元102.1-102.N也可以耦合到保险丝106、负载108、开关装置110和分流电阻器112。负载108可以是从电池单元102.1-102.N接收电力的组件，例如EV牵引电机。负载108可以由电池单元102.1-102.N完全或部分供电。保险丝106可用于电池单元102.1-102.N需要与负载108永久断开(例如，极端过热)的紧急情况。
开关装置110可以选择性地将电池单元102.1-102.N连接和断开到负载108。开关装置110可以提供为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。例如，开关装置110可以被提供为碳化硅(SiC)MOSFET，其被配置为在高电压下操作。MOSFET比机械继电器更具优势，因为它们成本更低且响应时间更快。然而，MOSFET可能具有较低的容错能力，因此MOSFET可能更容易被电池故障事件(例如过电流)损坏。此外，当用作开关器件110时，MOSFET可能是电路中最先发生故障的器件之一。当MOSFET发生故障时，它通常会因短路而发生故障。这种故障短路特性可能导致一个或多个电池单元发生灾难性故障，因为它会在电池单元102.1-102.N和负载108之间产生短路。尽管熔断器106可能在造成重大损坏之前被熔断，但熔断的熔断器106可能导致并入装置(例如负载)无法使用。在EV的示例中，EV可能无法驾驶，并且可能不得不送到服务站并进行昂贵的维修。
因此，BMS监视器104可以在某些情况下，例如过电流情况下禁用(例如，关闭、限制操作)开关装置110(例如，MOSFET)。BMS监控器104可以检测分流电阻器112两端的电压。根据检测到的电压，它可以检测到过流事件，然后在开关装置110(例如，MOSFET)可能发生故障之前以相对较快的时间关断开关装置110。在该示例中，BMS监控器104可以通过使用两种不同的技术(OC1和OC2)来检测过流事件，如下文进一步详细描述的。如果任一OC检测技术指示过流事件，则OR逻辑门114的输出可触发驱动电路116以禁用开关装置110。OR逻辑门114和/或驱动电路116可以与BMS监视器104集成。
一些过流检测技术可能无法准确地检测开关装置110的过流事件。电流流动可以包括由于负载108(例如，EV牵引电机)中的开关而引起的瞬态，因此，将过电流事件简单地定义为“在特定时间段内超过阈值的电流”可能无法有效保护开关设备110。
图2A-2B示出了系统中的电流尖峰的示例。图2A示出了两个尖峰(或毛刺)：具有2000A幅度的第一尖峰202持续1微秒的持续时间和具有500A幅度的持续2微秒的第二尖峰204。考虑为超过400A的电流尖峰设置一个检测过流事件的阈值，持续时间至少为2微秒。这里，第二尖峰204(500A持续2微秒)将被检测为过电流事件，而第一尖峰202(2000A持续1微秒)不会被检测到。这可能是有问题的，因为与更宽的第二尖峰204相比，第一尖峰202在开关器件(例如，MOSFET)中消耗的能量可能是八倍。
此外，开关器件(例如MOSFET)的故障可能取决于系统中电流(以及功率和散热)的历史，而不是单个时间点的电流。图2B示出了第一组电流尖峰206，每个具有2000A的幅度持续1微秒的尖峰，以及第二组电流尖峰208，每个具有500A的幅度持续2微秒的持续时间。考虑为超过600A的电流尖峰设置一个检测过流事件的阈值，持续时间至少为2微秒。这里，第一组或第二组尖峰206、208中的尖峰都不会触发过电流事件的检测。这可能是有问题的，因为每个尖峰都可能在开关器件(例如，MOSFET)中产生一定量的热量，并且尖峰的连续性质可能导致开关器件过热，从而导致开关器件故障。因此，开关器件(例如MOSFET)的过电流不仅取决于特定时间的电流量，还取决于电路性能的历史。
图3图示了BMS监视器300的示例部分。BMS监视器300可以检测分流电阻器R(例如，图1的分流电阻器112)两端的电压。基于检测到的电压，BMS监控器300可以基于两种不同的检测技术检测过流事件，分别检测过流事件1(OC1)和事件2(OC2)。如上面参考图1所解释的，任一过电流事件(OC1和/或OC2)的产生都可以触发禁用开关装置，例如MOSFET(例如，图1的开关装置110)。
BMS监视器300可以包括对应于两种不同故障检测技术的两个处理链310、350。第一处理链310可以包括第一模拟前端电路312、第一计数器314和第一数字引擎316。第一模拟前端电路312可以接收或检测分流电阻器两端的电压并将检测到的电压转换成脉冲序列(或周期性脉冲)。
第一模拟前端电路312可以包括第一电压功率转换器312.1和第一电流控制振荡器(CCO)312.2。第一电压-功率转换器312.1可以将检测到的电压转换为功率信号。第一电压-功率转换器312.1可以使用例如具有指定跨导特性的设备将检测到的电压转换为电流信号。然后可以对电流信号进行平方以生成功率信号，因为电流的平方可以代表功率，p(t)＝i(t)2R，其中I是电流，R是电阻。第一CCO 312.2可以将功率信号转换成脉冲序列。因此脉冲序列可以是电流控制的。每个脉冲可能对应一个“能量单位”。脉冲序列的频率可以与检测到的电压的平方成比例。例如，如果检测到的1V电压产生一个频率为1Hz的脉冲序列，那么检测到的2V电压可以产生一个频率为4Hz(2V的平方)的脉冲序列。
第一计数器314可以对产生的脉冲序列中的脉冲数进行计数。第一计数器314可以是旋转计数器或其他重置计数器，使得在它达到其最大计数之后，它可以翻转并再次开始计数。例如，如果计数是从1-12，则在计数达到12后，重新开始计数1。第一计数器314可以提供为灰度计数器，例如4位灰度计数器。
第一计数器314可以耦合到第一数字引擎316。第一数字引擎316可以使用硬件和软件的组合来实现。第一数字引擎316可以包括处理器、微处理器、数字状态机和/或其他合适的组件。
第一数字引擎314可以接收脉冲序列并且可以基于接收到的脉冲序列检测第一故障事件，例如第一过流事件(OC1)。由第一计数器314产生的脉冲序列可以异步产生，因为它代表电流，其可以包括尖峰(或毛刺)，如上所述。因此，第一数字引擎314可以将脉冲序列与其系统时钟(SCLK)同步。对于系统时钟的每个时钟周期(例如，125纳秒)或一组时钟周期，第一数字引擎314可以将先前获得的脉冲序列值存储在寄存器316.1中，并且可以使用减法器316.2从当前获得的脉冲序列值中减去它，以生成该时钟周期(或一组时钟周期)的能量序列(也称为功率序列)。能量序列可以对应于在最后一个周期(或一组时钟周期)中消耗的能量/功率。第一计数器314可以具有足够的大小，使得它不会在系统时钟的时钟周期内完成其计数的完整旋转。
第一数字引擎316可以包括OC1检测器316.3以基于所产生的能量序列检测过流事件。OC1检测器316.3可以基于跨不同时间段的能量平均值来检测OC1。OC1检测器316.3可以使用多个指数移动平均(EMA)窗口。
图4图示了时间窗的示例。图4显示了五个时间窗口W1-W5。时间窗W1-W5可以基于当前时间向后看来测量。时间窗口W1可以是从当前时间到倒数第一时间的最短窗口，例如1微秒。从当前时间到倒数第二时间，时间窗口W2可以比W1长，例如，10微秒。从当前时间到倒数第三时间，时间窗口W3可以比W2长，例如，100微秒。从当前时间向后到当前时间，时间窗口W4可以比W3长，例如，1000微秒。从当前时间到倒数第五时间，时间窗口W5可以比W4长，例如，10000微秒。时间窗可以使用定时滤波器来实现。定时窗口的周期可以是可配置的。可以基于MOSFET的热梯的时间段来配置这些时间段，如下文进一步详细讨论的。
对于每个时间窗口，可以同时确定平均功耗。平均功率可以是在各个时间段期间观察到的能量序列的函数。因此，在图4的示例中，时间窗W1-W5的平均功率可以分别显示在最后1微秒、10微秒、100微秒、1000微秒和10000微秒内消耗的功率。
每个时间窗口还可以与功率阈值相关联。每个窗口的平均功率可以与相应的功率阈值进行比较。每个窗口的单独阈值可以是可配置的。例如，可以基于开关器件(MOSFET)的模拟来获得阈值。模拟可以假定最大允许的外壳温度和结温，如下文进一步详细描述的。
如果确定的任何时间窗口的平均功率超过其各自的功率阈值，BMS监视器300(例如，OC1检测器316.3)可以确定过流事件OC1的发生。使用不同的时间窗口来确定功耗的数字估计可以消除或减少来自电流尖峰(毛刺)的过流事件的误报，同时还可以响应多个短尖峰。
返回参考图3，接下来描述第二处理链350。第二处理链350可以包括第二模拟前端电路352、第一计数器354和第一数字引擎356。第二模拟前端电路352可以与第一模拟前端电路312相似或基本相同。因此，第二模拟前端电路352可以接收或检测分流电阻器两端的电压并将检测到的电压转换成脉冲序列(或周期性脉冲)。
第二模拟前端电路352可以包括第二电压-功率转换器352.1和第二电流控制振荡器(CCO)352.2，并且这些组件可以以与第一模拟前端电路312中的对应物相同的方式操作，如上所述。第二电压-功率转换器352.1可以将检测到的电压转换为功率信号。第二电压-功率转换器352.1可以使用例如跨导装置将检测到的电压转换为电流信号。然后可以对电流信号进行平方以生成功率信号。第二CCO 352.2可以将功率信号转换成脉冲序列。因此脉冲序列可以是电流控制的。每个脉冲可能对应一个“能量单位”。脉冲序列的频率可以与检测到的电压的平方成比例。
第二计数器354可以以与上述第一计数器314相同的方式操作。第二计数器354可以是旋转计数器，使得在达到其最大计数之后，它可以翻转计数并重新开始。例如，如果计数是从1-12，则在计数达到12之后，重新开始计数1。第二计数器354可以提供为灰度计数器，例如4位灰度计数器。
在一个示例中，可以将第一和第二处理链310、350中的一个或多个模拟和计数器组件(例如，312和315、314和354)组合或集成在一起。例如，可以提供单个模拟前端电路和/或计数器。
第二计数器354可以耦合到第二数字引擎356。第二数字引擎356可以使用硬件和软件的组合来实现。第二数字引擎356可以包括处理器、微处理器、数字状态机和/或其他合适的组件。
第二数字引擎354可以接收脉冲序列并且可以基于接收到的脉冲序列检测第二故障事件，例如第二过流事件(OC2)。由第二计数器354生成的脉冲序列可以异步生成，因为它代表电流，其可以包括尖峰(或毛刺)，如上所述。因此，第二数字引擎354可以将脉冲序列与其系统时钟(SCLK)同步。对于系统时钟的每个时钟周期(例如，125纳秒)或一组时钟周期，第二数字引擎354可以将先前获得的脉冲序列值存储在寄存器356.1中，并且可以使用减法器356.2从当前获得的脉冲序列值中减去它，以生成该时钟周期(或一组时钟周期)的能量序列(也称为功率序列)。能量序列可以对应于在最后一个周期(或一组时钟周期)中消耗的能量/功率。第二计数器354可以具有足够的大小，使得它不会在系统时钟的时钟周期内完成其计数的完整旋转。
第二数字引擎356可以包括OC2检测器356.3以基于所产生的能量序列检测过电流事件。OC2检测器356.3可以确定开关器件(例如，MOSFET结)的建模(例如，虚拟)结温，将确定的建模结温与温度阈值进行比较，并且基于比较，检测过流事件OC2的发生。
MOSFET的结温可能是其安全和适当可操作性的可靠指标。例如，某些MOSFET可以在其结温低于175℃时安全且正常地工作，并且如果它们的结温超过175℃一段时间可能会失效。因此，可以根据开关MOSFET的结温检测过电流情况。
实际(或真实)结温可能难以测量。但结温与MOSFET消耗的功率有关，不仅与选定时间点的瞬时功率有关，还与一段时间内的历史消耗功率有关。因此，OC2检测器356.3可以基于由MOSFET耗散的功率确定模型结温，该功率由MOSFET的能量序列和热特性的数字表示检测到。
图5A示出了示例MOSFET的热阻抗曲线，图5B示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路表示。在图5A中，x轴表示时间尺度，y轴表示样品MOSFET的热阻(或阻抗)。热阻可以对应于MOSFET的结和外壳之间产生的温差除以能量。
MOSFET可以建模为级联电阻器和电容器的网络，称为Cauer热梯，如图5B所示。Cauer模型可以包括电阻器和电容器的线性网络，其输入端口被提供为与功率成比例的电流，而在另一端的终端端口被提供为已知的热势，例如外壳温度Tcase。结温Tj可以对应于Cauer模型的第一电容器(Cj1)和第一电阻器(RTj13)之间的节点。Cauer模型中的电阻器和电容器的值基于MOSFET的固有特性，因此可以从MOSFET的数字模型中获得，例如SPICE(具有集成电路重点的仿真程序)模型。在一个示例中，数字表示可以表征为ΔT/(RiCi)。
返回参考图3，OC2检测器356.3可以例如从开关装置的数字模型获得开关装置(例如，MOSFET)的Cauer模型的值，并且可以将它们转换成数字寄存器值。因此，Cauer模型中电阻器和电容器的这些数字寄存器值是可配置的。因此，基于能量序列和数字考尔模型寄存器值，OC2检测器356.3可以计算开关器件的虚拟结温Tj。OC2检测器353.3然后可以将虚拟结温Tj与温度阈值(例如175℃)进行比较。如果确定的虚拟结点温度Tj超过温度阈值，BMS监视器300(例如，OC2检测器356.3)可以确定过流事件OC2的发生。
响应于检测到任一(或两者)过流事件OC1和OC2，可以禁用开关装置。本文所述的这些检测技术可以快速检测过流事件，从而可以在开关设备发生故障之前以相对快速的方式禁用开关设备。
图6A-6F将用于描述建模(例如，虚拟)结温的计算技术。图6A显示了示例二进制R-C系统。这里，两个电容器C1、C2与中间的电阻器R并联耦合，形成一个二进制R-C系统。图6B示出了图6A的二元R-C系统中的电流曲线。在C1和R之间存在第一电位V1，在C2和R之间存在第二电位V2。
V1和V2可表征为：
Figure BDA0003522511160000101
Figure BDA0003522511160000102
n是时间周期，Δt是周期时间，τ是时间常数。
V1和V2也可以表征为：
Figure BDA0003522511160000103
Figure BDA0003522511160000104
如上所述，可以将MOSFET建模为电阻器和电容器的网络，例如Cauer模型。因此，上述V1[n+1]和V2[n+1]的计算技术可用于计算虚拟结温。图6C示出了示例MOSFET的Cauer模型的电路图。如图所示，该模型的电路图包括电阻器(R1、R2、R3、R4、R5、R6)和电容器(C0、C1、C2、C3、C4、C5)的网络。该电阻器和电容器网络可以转换成多组二进制对。图6D显示了二进制R-C对的集合。两个计算元件(计算元件1和计算元件2)可用于解决热梯的值，当它使用切换和定时方案被拆分为二进制元素时。第一计算元件可以专用于求解第一RC时间常数，并且第二计算元件可以由其他RC元件共享。
图6E示出了具有开关电阻器的网络。这里，线性网络中的电阻器可以由开关电阻器代替，并且可以基于它们的二进制位置相应地调整电阻值。R1仍然是R1/1；R2变为R2/2；R3变为R3/4；R4变为R/8；R5变为R5/16；R6变为R6/32，以此类推。图6F示出了开关时序方案。如图所示，可以设置开关时序使得电阻器连接时序是互斥的。也就是说，一次只有一个电阻开关闭合。
因此，每个周期可以求解一个二进制对。对于两个计算元件，可能存在用于第二计算元件的互斥时隙，例如2Δt、4Δt、8Δt、16Δt、32Δt、64Δt等。第一计算元件可以专用于求解第一二进制对。第一个二进制对的时间常数可以与Δt相当。并且第二计算元件然后可以由其他二进制对基于它们互斥的时隙来共享。然后，这两个计算元件可能能够求解代表MOSFET的热梯的值。第一电容器C0的值可以对应于具有比例常数的结温，而电容器的值可以对应于历史数据。
图7图示了BMS监视器700的示例部分。BMS监视器700可以检测分流电阻器R(例如，图1的分流电阻器112)两端的电压。基于检测到的电压，BMS监控器300可以使用两种不同的检测技术检测过流事件，分别检测过流事件1(OC1)和事件2(OC2)。如上面参考图1所解释的，过电流事件(OC1和/或OC2)中的一个或两个的产生可以触发禁用开关装置，例如MOSFET(例如，图1的开关装置110)。
BMS监控器700可以包括对应于两种不同的过电流检测技术的两个处理链710、750。第一处理链710可以包括模拟组件：电平转换器712、极性比较器714、极性开关716、跨导器718、电流信号平方装置720和CCO 722。
电平转换器712、极性比较器714和极性开关716可以检测和调整分流电阻器两端的电压。跨导器718可以将检测到的(和调整的)电压转换为电流信号。跨导器718还可以应用增益，该增益可以是可调节的。电流信号平方装置720可将电流信号平方以产生平方电流信号，其代表功率信号。CCO 722可以将平方电流信号转换为脉冲序列。因此脉冲序列可以是电流控制的。每个脉冲可能对应一个“能量单位”。脉冲序列的频率可以与检测到的电压的平方成比例。
计数器724可以对生成的脉冲序列中的脉冲数进行计数。计数器724可以提供为旋转计数器，例如加里计数器。
接下来，脉冲计数可以由数字引擎接收。这里，基于系统时钟(SCLK)，可以使用延迟726和减法器728从脉冲计数的当前值中减去脉冲计数的先前值，以为给定的时钟周期(或一组时钟周期)生成一个能量序列(或电源序列)。能量序列然后可以被传送到多个EMA滤波器730。EMA滤波器730可以每个被定义为不同的时间段，如上面所讨论的。每个EMA滤波器730可以确定在其各自的时间窗口中消耗的功率。数字比较器732可以将来自每个EMA滤波器730的平均功率与相应的功率阈值进行比较。不同窗口的功率阈值可以是可配置的，并且可以基于来自主寄存器文件734的寄存器值来设置。数字比较器732的输出可以被馈送到或门736。因此，如果确定的任何时间窗口的平均功率超过其各自的功率阈值，则BMS监视器700可以检测到过流事件OC1的发生。
第二处理链750可以包括模拟组件：电平转换器752、极性比较器754、极性开关756、电流信号平方装置760和CCO 762。这些组件可以以与其在第一处理链710中的对应物相同或相似的方式操作。第二处理链750中的一个或多个这些组件可以与它们在第一处理链710中的对应物组合或集成在一起。
第二处理链还可以包括计数器764、延迟器766和减法器768以产生能量序列。这些组件可以以与它们在第一处理链710中的对应物相同或相似的方式操作。第二处理链750中的这些组件中的一个或多个可以与它们在第一处理链710中的对应物组合或集成在一起。
在第二处理链750中，Cauer热滤波器770可以接收能量序列。如本文所述，Cauer热滤波器770还可以接收开关器件(例如，TCASE)的Cauer模型的数字寄存器值，并且可以计算开关器件(例如，MOSFET)的虚拟结温Tj。数字寄存器值可以是可配置的并且可以基于来自冗余寄存器文件772(或主寄存器文件734)的寄存器值来设置。数字比较器774可以将虚拟结温与温度阈值进行比较。温度阈值可以是可配置的并且可以基于来自冗余寄存器文件772(或主寄存器文件734)的寄存器值来设置。如果确定的虚拟结温超过温度阈值，BMS监视器700可以检测到过流事件OC1的发生。响应于检测到过流事件OC1和OC2中的至少一个，可以禁用开关装置。
各种注释
上述非限制性方面中的每一个可以独立存在，或者可以以各种排列或组合与本文中描述的其他方面或其他主题中的一个或多个相结合。
以上详细描述包括对构成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明的方式显示了可以实施本发明的具体实施方式。这些实现通常也称为“示例”。这样的示例可以包括除了那些显示或描述的元素之外的元素。然而，本发明人还考虑了仅提供那些示出或描述的元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例，或者关于特定示例(或其一个或多个方面)，或关于此处所示或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。
如果本文档与以引用方式并入的任何文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。
在本文件中，如专利文件中常见的那样，术语“一个”或“一”用于包括一个或多个，与“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法无关。在本文档中，术语“或”用于表示非排他性的或，因此“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”，除非另有说明。在本文档中，术语“包括”和“其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的简单等效物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，系统、装置、物品、组合物、配方或工艺，包括除权利要求中该术语之后列出的元素之外的元素，仍被视为属于该权利要求的范围。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。
本文描述的方法示例可以至少部分地由机器或计算机实现。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，该指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形的计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘和数字视频磁盘)、磁带、存储卡或存储棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在说明性而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施方式，例如本领域普通技术人员在阅读以上描述后。提供摘要是为了让读者能够快速确定技术公开的性质。提交的理解是它不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意味着未要求保护的公开特征对于任何权利要求都是必不可少的。相反，创造性主题可能不在于特定公开的实现的所有特征。因此，以下权利要求在此作为示例或实施方式并入详细说明中，每个权利要求作为单独的实施方式独立存在，并且可以设想这样的实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种电池监视器，用于保护用于向负载供电的开关设备，所述电池监视器包括：
转换器电路，包括：
用于接收电压的输入，以及
振荡器，用于基于所述电压产生脉冲序列；和
数字电路，包括：
第一检测器，用于基于在至少两个不同时间窗口上测量的脉冲序列的确定特征来检测所述开关设备的第一故障事件的发生或不发生，和
第二检测器，用于通过基于所述脉冲序列确定所述开关设备的模拟结温度来检测所述开关设备的第二故障事件的发生或不发生。
2.权利要求1所述的电池监视器，还包括：
可复位计数器，用于对所述脉冲序列中的脉冲进行计数，
其中，所述数字电路被配置为确定由所述可复位计数器计数的脉冲计数，并确定在时间段内接收的脉冲数。
3.权利要求1所述的电池监视器，其中所述第一和第二故障事件包括过电流状况。
4.权利要求1所述的电池监视器，其中所述电池监视器被配置为响应于检测到第一或第二故障事件中的至少一个而禁用所述开关设备。
5.权利要求1所述的电池监视器，其中所述开关设备是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
6.权利要求1所述的电池监视器，其中所述第一检测器被配置为：
基于所述脉冲序列，确定不同时间窗内的功耗，
对于每个时间窗口，将该时间窗口的功耗与该窗口的相应功率阈值进行比较，
响应于在至少一个时间窗口上耗散的功率超过该窗口的相应功率阈值，检测所述第一故障事件。
7.权利要求1所述的电池监视器，其中所述第二检测器被配置为：
获取表示所述开关设备的热特性的电阻器和电容器的线性网络的电阻和电容值的数字表示；和
基于所述电阻和电容值以及脉冲序列，确定建模结温度。
8.权利要求7所述的电池监视器，其中所述第二检测器进一步被配置为：
将所述电阻器和所述电容器分组为二进制对的组；
将第一计算元素分配给第一组二进制对；
将第二计算元素分配给剩余组的二进制对。
9.权利要求1所述的电池监视器，其中所述转换器电路还包括：
电压-功率转换器，用于将电压转换为平方电流信号，以及
其中，所述振荡器被配置为将所述平方电流信号转换为所述脉冲序列。
10.一种保护用于向负载供电的开关设备的方法，包括：
检测输入电压；
基于所述输入电压生成脉冲序列；
基于在至少两个不同时间窗口上测量的脉冲序列的确定特征，确定所述开关设备的第一故障事件的发生或不发生；
通过基于所述脉冲序列确定所述开关设备的模拟结温度来确定所述开关设备的第二故障事件的发生或不发生；和
响应于确定所述第一或第二故障事件的发生，禁用所述开关设备的操作。
11.权利要求10所述的方法，还包括：
对所述脉冲序列中的脉冲进行计数以产生可复位计数；和
基于所述可重置计数确定在时间段内接收的脉冲数。
12.权利要求10所述的方法，其中所述第一和第二故障事件包括过电流状况。
13.权利要求10所述的方法，其中所述开关设备是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
14.权利要求10所述的方法，其中确定第一故障事件的发生或不发生包括：
基于所述脉冲序列，确定不同时间窗内的功耗，
对于每个时间窗口，将该时间窗口的功耗与该窗口的相应功率阈值进行比较，
响应于在至少一个时间窗口上耗散的功率超过该窗口的相应功率阈值，检测所述第一故障事件。
15.权利要求10所述的方法，其中确定第二故障事件的发生或不发生包括：
获取表示所述开关设备的热特性的电阻器和电容器的线性网络的电阻和电容值的数字表示；和
基于所述电阻和电容值以及脉冲序列，确定建模结温度。
16.权利要求15所述的方法，还包括：
将所述电阻器和所述电容器分组为二进制对的组；
将第一计算元素分配给第一组二进制对；
将第二计算元素分配给剩余组的二进制对。
17.一种用于保护用于向负载供电的开关设备的装置，该装置包括：
转换器电路，包括：
用于接收电压的输入，以及
振荡器，用于基于所述电压产生脉冲序列；
故障检测器，包括多个定时滤波器和比较器，用于：
基于所述脉冲序列确定在多个时间窗上耗散的功率；
对于多个时间窗口中的每个时间窗口，将该时间窗口消耗的功率与该窗口的相应功率阈值进行比较；
基于所述比较，检测过电流事件；和
为响应检测到过电流事件，禁用所述开关设备。
18.权利要求17所述的装置，还包括：
可复位计数器，用于对所述脉冲序列中的脉冲进行计数，
其中，所述数字电路被配置为确定由所述可复位计数器计数的脉冲计数，并确定在时间段内接收的脉冲数。
19.权利要求17所述的装置，其中所述开关设备是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
20.权利要求17所述的装置，还包括：
不同的故障检测器，用于通过基于脉冲序列确定所述开关设备的模拟结温度来检测所述开关设备的第二故障事件的发生或不发生。
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